Mærsk Lifters kølevands- og varmegenvindingssystem

Transkript

1 Mærsk Lifters kølevands- og varmegenvindingssystem Bachelorprojekt Af Hans Jørgen Bonde Studie nr. V1925 Aarhus Maskinmester Skole Vejleder Esben Hedegaard Thomsen Afleveret d normalsider af 24 tegn Hans Jørgen Bonde d af 42

2 Forord: Denne rapport er udarbejdet på det sidste semester af maskinmesteruddannelsen. Jeg har under hele uddannelsen haft en uddannelseskontrakt med rederiet A.P. Møller Mærsk og derfor har jeg haft alt min praktik til søs. I min sidste praktikperiode (bachelorpraktikken) var jeg på supply skibet Mærsk Lifter. Her rettede jeg hurtigt mit fokus på søvands- og varmegenanvendelsessystemet. Dette gjorde jeg da jeg var ret sikker på at der her kunne spares ved at optimerer på disse systemer. Det skal dog vise sig om dette også var tilfældet. Læsevejledning: Læseren til dette projekt bør have en god viden og forståelse indenfor maskinmesterfaget. Bilagene til dette projekt er placeret bagerst i dette ringbind. Der er også vedlagt en cd indeholdende alle bilag. Det a efales at ruge d e da nogle af bilagene kan være svære at se på en A4 side. Der vil i teksten fremgå hvilke bilag der henvises til. Litteraturhenvisninger er angivet lige efter eller lige under med efternavn og årstal. Rapporten læses med fordel fra ende til anden. Abstract: This project was written after I finished my internship onboard the supply vessel Maersk Lifter. I used the time onboard the vessel to study the systems. Due to my knowledge about energy optimizing which I got from attending Aarhus engineering school I bega to olle t data fro the essel s sea ater ooli g system and low temperature cooling system. I also observed how the oil fired hot water boiler and the way that the heat recovery system was running. I asked why the heat recovery system was stopped every time we did not make freshwater. The answer was that it would only use more energy and therefore they always closed the heat recovery system when freshwater production was stopped. Even though this was told to me I did not believe it. Therefore I talked with the chief engineer and I asked for permission to make some adjustments on the boiler. My idea was to let the heat recovery system stay open at all times. He agreed and I made the adjustments on the boiler and held the heat recovery system open. This change was made during the last week that I was onboard the vessel. I discovered that by letting the heat recovery system stay open it could uphold the temperature in the boiler system. The result of this was that we saved money because the boiler did not have to run and uphold the system temperature. Upon returning onshore I started to point out the data that was most significant. I selected one of the days that I had 2 af 42

3 found valid. This day was in the higher end of the days where the seawater cooler was most loaded. I then began to calculate my results based on two scenarios. The first was where the pump was lowered in flow by a valve (throttling) and the second one was where the RPM of the pump was lowered by a frequency converter. In the end the solution where the pump was lowered by a frequency converter was found the most lucrative and also had a return of investment in just over 25 months. Resume: Dette projekt er lavet efter endt bachelorpraktik ombord på supply skibet Mærsk Lifter. I projektet gennemgås søvands- lavtemperaturs- højtemperaturskølevandssystemet og varmegenanvendelsessystemet. Under gennemgangen af disse systemer vises det at ferskvandskølevandssystemerne er selvregulerende og at det derfor er muligt at lave en styrring på søvandspumperne uden at der skal efterjusteres på reguleringerne på ferskvandssystemerne. Der bliver også redegjort for hvilke målinger der bliver brugt og hvorfor disse antages at være valide. Der bruges en af de dage som antages at være valide til at udregne hvad der kunne spares ved enten at lave en drøvle regulering eller en nedregulering med frekvensomformer på hver af de to søvandssystemer. Ud fra en økonomisk betragtning vælges det at fortsætte med nedreguleringen med frekvensomformer. Herefter gennemgås hvordan styringen skal programmeres. Det bliver også gennemgået hvad der kunne spares ved at holde varmegenanvendelsessystemet åbent. Til sidst afrundes projektet med en konklusion. Indholdsfortegnelse. Forord:... 2 Læsevejledning:... 2 Abstract:... 2 Resume:... 3 Problemstilling:... 5 Problemformulering:... 6 Empiri:... 6 Projektafgrænsning:... 6 Systemopbygning:... 7 Hvad er et DP-2 skib:... 7 Hovedmaskineriets kølevandssystem:... 9 Søvandssystemet:... 9 Lavtemperaturssystemet: af 42

4 Højtemperaturssystemet:... 1 Varmtvandssystemet og ferskvandsgeneratoren: FWG: Driften: Målinger Måleinstrumenter Manometre: Termometre: Hvor er målingerne taget: Dataanalyse Beregninger Søvandspumperne: Etableringsomkostninger og tilbagebetalingstid: Frekvensstyrring: Drøvling: Varmegenanvendelsessystemet: Integrering af frekvensstyrring på søvandspumperne: Styringen: Konklusion: Efterskrift:... 4 Litteraturliste: Bøger: Internet: Bilagsliste: af 42

5 Problemstilling: Jeg har i sommeren 214 haft min batchler praktik ombord på supply skibet Mærsk Lifter. Jeg har deltaget i den daglige drift i maskinen og i denne forbindelse har jeg iagttaget hvordan de forskellige systemer er blevet kørt. I perioden jeg var ombord var skibet chartret1 af et selvskab som beskæftiger sig med kabelnedlægning. Kablet var blevet lagt og skulle nu spules længere ned i havbunden. Dette blev gjort af en robot som kørte over havbunden og spulede vand ind under kablet så sandet blev fjernet og kablet kunne falde længere ned. Herefter skulle man kontrollere om kablet også lå som det skulle og her brugte man en ROV2 til at kontrollere om kablet var kommet korrekt ned. Vores opgave ombord var at følge ro otte /ROV e alt efter hvor de befandt sig i havbunden. Skibet er et DP-2 skib som betyder at skibet skal kunne opretholde positionen selvom der sker et kritisk nedbrud. Skibet er derfor opdelt i to systemer som hver er dimensioneret til at kunne opretholde skibets position ved et kritisk nedbrud på et af de to systemer. Kablet var lagt fra Litauen til Sverige. En strækning på cirka 35 km. Vi bevægede os cirka 3 meter i timen så det primære lastforbrug var vores thrustere for at holde vores position. Lastforbruget i den tid jeg var ombord var altså meget lavt og derfor var køleforbruget til hovedmaskineriet også tilsvarende lavt. Jeg undrede mig også over måden der blev produceret ferskvand på skibet. Der var nemlig et varmegenanvendelsessystem som blev brugt når vi lavede ferskvand men blev koblet fra når ferskvandsproduktionen blev stoppet. Jeg satte mig derfor ind i køle- og varmtvandssystemet og spurgte maskinchefen om hvad der skulle til for at man ville kunne forbedre et system ombord. Jeg fik af vide at omkostningerne for etablering af et nyt system skulle kunne tilbagebetales på mindre end tre år. Derfor er jeg gået i gang med at se på om det er muligt at lave energi effektiviseringer med en tilbagebetalingstid på under tre år på kølevandssystemet og ferskvandsproduktionen ombord på Mærsk Lifter. 1 2 lejet med besætning Remotely operated underwater vehicle Fjernstyrret undervands fartøj. 5 af 42

6 Problemformulering: Kan Maersk Supply Service energioptimere deres kølevandssystem og ferskvandsproduktionen ombord på Mærsk Lifter sådan at tilbagebetalingstiden for en sådan investering er under tre år? I min formåen på at besvære dette spørgsmål vil jeg stille følgende underspørgsmål: Hvordan er de enkelte systemer bygget op? Kan der trækkes mere energi ud af varmegenanvendelsessystemet i forhold til den daglige drift i dag? Kan der laves en styrring som regulerer flowet i søvandssystemet alt efter hvad belastningen er? Empiri: Der er i dette projekt brug kvalitativt data i stedet for kvantitativ. Dette ses i måden hvorpå de indsamlede målinger er blevet sorteret til og fra. De steder hvor det har været muligt at få leveret teknisk data et dette gjort. Visse virkningsgrader er valgt ud fra antagelser som i så høj grad som mulig at skulle afspejle virkeligheden. Men da der er tale om antageler kan disse også ligge langt fra virkeligheden. Teori og beregninger brugt under dette projekt er viden jeg har fået under min uddannelse på Aarhus Maskinmesterskole. Projektafgrænsning: Der vil i dette projekt kun blive kigget på optimering af Mærsk Lifters hovedmaskineri. Der vil ikke blive set på styrringer hvori der implementeres en ny pumpe. Der er i dette projekt ikke lavet rørtabsberegninger da systemet er valgt at blive set som et lukket system. Der vil ikke blive lavet beregninger over NPSH. Virkningsgrader for gear og akselgenerator vil der ikke blive taget højde for. Selve programmeringen af den nye styrring på PLC vil ikke blive lavet men beskrivelse af hvordan den skal køre vil blive beskrevet sådan en programmør har denne at arbejde ud fra. Andre afgrænsninger vil blive nævnt ved at der laves antageler. 6 af 42

7 Systemopbygning: Hvad er et DP-2 skib: I Mærsk Lifters maskinrum findes der fire hovedmaskiner. Maskinerne er 4-takts diesel drevne og kører udelukkende på marine gas olie der fremover forkortes MDO. De fire hovedmaskiner er delt op i to sider styrbord og bagbord. De er ligeledes også koblet til hver deres hovedtavle og det samme gælder for alle de hjælpesystemer som hver af de to sider har. Dette er gjort fordi skibet er et DP-2 skib3. Reglerne for klassificering for et DP-2 skib er: Fo e uip e t lass 2 a loss of positio is ot to o u i the e e t of a si gle fault i a y a ti e component or system. Normally static components will not be considered to fail where adequate protection from damage is demonstrated and reliability is to the satisfaction of the Administration. Single failure criteria include: A y a ti e o po e t o syste A y o ally stati o po e t a les pipes a ual al es et. hi h is ot p ope ly documented with respect to protection and reliability. ( 214) Det vil sige at der skal være backup af alle dynamiske systemer så som pumper og backup for udsatte statiske systemer. Og derfor er maskineriet delt op i to systemer som hvert for sig er i stand til at holde skibets position hvis det andet system skulle fejle. Til søs er det foretrukne brændstof heavy fuel olie forkortes HFO da dette er billigere end andre gængse brændstofolier. Men da Mærsk Lifter oftest operere i det man kalder special areas4 ( 214) som er områder hvor der er skrappe krav til brændstofs olien der bruges bruger man her udelukkende marine gas olie (MGO). Hvis der blev brugt HFO var det nødvendigt at opvarme denne til 13 grader celsius for at få den optimale viskositet før indsprøjtningen i motoren. I skibe der bruger HFO bruges der en kedel der laver damp til at op ar e HFO e e da MGO kan nøjes med at have en temperatur på cirka 35-4 grader celsius før indsprøjtning i motoren er det altså ikke nødvendigt at have en dampkedel. I stedet er der en varmtvandskedel som er oliefyret og suppleret med el-elementer. I 3 Dynamic Positioning Systems Annex VI Regulations for the Prevention of Air Pollution from Ships establishes certain sulphur oxide (SOx) Emission Control Areas with more stringent controls on sulphur emissions. 4 7 af 42

8 forbindelse med varmtvandskedlen er der fire varmevekslere som er koblet på kølevandssystemet for hovedmotorerne. Disse varmevekslere kan der åbnes for og hermed trække noget af den energi der er i kølesystemets vand ud og over i varmtvandskedlens vand og hermed spare olie til opvarmning af varmtvandskedlens vand. De fire hovedmaskiner som skrevet er delt op i to og to og er derfor to selvstændig men identiske systemer. Det vil nu blive gennemgået hvordan den enkelte side er bygget op. De to hovedmaskiner er koblet sammen i et gear se Figur 1 Systemskitse for hovedmaskineri hvorpå begge motorer kan levere effekt til skrueakslen som føres ud til den givende sides skrue. Den yderste motor kan enten levere effekt til skrueakslen to akselgeneratorer eller begge. I min tid ombord blev der kun kørt med alle fire hovedmaskiner når vi skulle lave en speed test5. Ellers blev der kun kørt med den yderste maskine i hver side grundet det lave lastforbrug. Figur 1 Systemskitse for hovedmaskineri Hver side har dens egne hjælpesystemer. Her i blandt kan nævnes: startluft- kontrolluft- brændstof- smøreolie- og kølevandssystem. Da projektet tager udgangspunkt i kølevandssystemet udelades det at komme nærmere ind på de andre men hvis det bliver aktuelt at skulle forklare yderligere om et af systemerne vil dette blive gjort senere i projektet. 5 Dette gøres en gang om måneden for at tage målinger for at se om systemerne køre optimalt. 8 af 42

9 Hovedmaskineriets kølevandssystem: Da både styrbord og bagbord side er identiske vil det nu blive gennemgået hvordan den ene af de to siders kølevandssystemer er opbygget. Kølevandssystemet består af tre forskellige systemer som er: søvand- lavtemperatur- og højtemperatursystemet. Systemet hænger også sammen med varmtvandssystemet som er det system hvori varmtvandskedlen er. Dette system kan trække varmeenergi fra højtemperaturssystemet og vil derfor også blive beskrevet. Ydermere hænger ferskvandsgeneratoren også sammen med varmtvandssystemet og vil derfor også blive beskrevet. Søvandssystemet: Søvandssystemet ses på bilag 1 er det system som køler alle andre systemer som har brug for køling ombord. Der bruges havvand som filtreres igennem en af de to søfiltre ( eller ). Formålet med disse er at fjerne urenheder så som fisk tang plastikposer og andre urenheder som forefindes i havet som ellers ville kunne sætte sig fast i kølere. Efter søfilteret kommer vandet til søkisten (CIS) Dette er en stor tank hvorfra alle systemer som skal bruge søvand har deres sugning fra. Dernæst suges søvandet af Main Sea Water Pump No 1 (711.1) denne pumpe er drevet af en Dahlander el-motor som kan køre i to hastigheder høj og lav. Herfra trykkes vandet op igennem lavtemperaturskøleren (712.23). Efter køleren ledes søvandet som oftest overbord men kan også ledes igennem en af de andre lavtemperaturskølere for at bagskylle dem. Lavtemperaturssystemet: Dette system ses på bilag 2. Ses der på lavtemperaturskøleren (712.23) er dette den køler søvandet også går igennem. Nu ses der bare på ferskvandsdelen af denne køler. Vandet kommer ud af lavtemperaturskøleren og passere en aftapningshane og herefter et analogt termometer. Herefter kommer vandet til en 3-vejs temperaturregulator (712.34(FR2)). Denne temperaturregulator har to indgangs sider (2 og 3) og en udgangsside (1). Den sørger for at blande kølet vand (2) som har været igennem lavtemperaturskøleren med ikke kølet vand (3) som så bliver ledt udenom lavtemperaturskøleren for at få ønskede temperatur. Efter dette kommer det temperaturregulerede vand til en af to lavtemperaturs ferskvandspumper ( ) eller (712.15). Den ene køre under normal drift og den anden så står i standby. Før og efter pumperne er der manometre sådan det er muligt at aflæse suge- og afgangstryk (PI+- 9 af 42

10 og PI). Ydermere er der en pressure switch (PS) som bryder signal ved for lavt tryk. På afgangssiden af pumperne kommer det regulerede vand til en temperatur føler (FR6) som sender signal til temperaturregulatoren (712.34(FR2)) alt efter om det skal være varmer eller koldere. Herefter går det regulerede vand enten til ME3 (611.11) ME4 ( ) gearets smøreoliekøler (LH3) akselleje smøreoliekøler (LH4) oliekøleren til systemolie for skruen (LH5) generator køleren (XH1) eller til dieseloliekøleren (DH3). Tager udgangspunkt i ME3 da begge ME systemer er ens og at der kun er yderligere regulerende komponenter heri. Fra lavtemperaturs pumperne kommer det regulerede vand til skylleluftskøleren (CH2) efter skylleluftskøleren kommer det nu varmere vand til endnu en 3-vejs temperatur regulator ( (CR1)). Denne regulator skal ikke regulere vandets temperatur men skylleluftens temperatur. Dette gøres ved at der sidder en temperaturføler (CR3) inde i skylleluftkøleren som måler på skylleluftens temperatur. Denne føler sender sit signal til en PID som sidder i kontrolrummet. Denne PID har et set punkt som den skal holde og alt efter hvad den får af signal fra temperaturføleren (CR3) sender den signal til ( (CR1)) Hvorefter denne lader mere eller mindre vand komme igennem skylleluftskøleren. Herefter kommer vandet til smøreoliekøleren for ME3 (714.29). Dette system er selvregulerende på smøreoliesiden og vil derfor ikke blive beskrevet yderligere. Til sidst kommer vandet igen til lavtemperaturskøleren eller 3-vejs temperaturregulatoren. Efter lavtemperaturs pumperne kommer det kølede vand også til højtemperaturskøleren ( ) hvorefter det ender dets cyklus ved lavtemperaturskøleren eller 3-vejs temperaturregulatoren. Systemet er også forsynet med en ekspansionsbeholder (712.28) som er placeret øverst i systemet. Højtemperaturssystemet: Tager igen kun udgangspunkt i den ene af de fire hovedmaskiner nemlig ME 3. (611.11). Dette ses på bilag 2. Dette system består af et kølende og et varmende system. Det kølende er i gang under drift at maskinen og det varmende er i drift når maskinen er i stand by/lukket ned. Grunden til at man er nød til at have et varmende system på en sådan maskine er at de store dimensioner af komponenterne gør at hvis de bliver køligere end i dette varmeudvidelseskoefficient6 og tilfælde derfor 6 grader celsius begynder at lække. krymper Der ses grundet nu på metallernes det kølende højtemperaturssystem da dette system skal køles af lavtemperaturssystemet. Højtemperaturs pumpen for ME 3. (FP1) er en mekanisk trukken pumpe som sidder monteret på ME 3. Der er også en standby pumpe ( ) som starter op hvis (FP1) skulle fejle. Fra højtemperaturs pumpen trykkes vandet ind forbi 6 Alle materialer har en varmeudvidelseskoefficient denne kan og er oftest forskellig fra hinanden og bevirker at større maskineri er nød til at blive holdt ved en vis temperatur for at passe sammen. 1 af

11 cylinder foringerne og køler disse. Herefter kommer vandet forbi den varme side af skylleluftskøleren og sænker hermed skylleluftens temperatur inden denne passerer den køligere side som lavtemperaturssystemet køler til den ønskede temperatur. Nu forlader kølevandet ME 3. og kommer til en 3-vejs temperaturregulator ( (FR1)). Den har en indgang (A) og to udgange (B og C) og er mekanisk indstillet til at lade vandet recirkulere ad (B) og tilbage til højtemperaturs pumpen (FP1) indtil vandet har opnået driftstemperaturen cirka 8 grader celsius og først da lade vandet passere ud ad (C). Efter udgang C kan vandet enten ledes igennem en varmegenanvendelsesveksler ( ) og højtemperaturskøleren ( ) eller der kan lukkes af for tilgangen til varmegenanvendelsesveksleren sådan der ikke overføres varmeenergi til dette system. Ved højtemperaturskøleren ( ) sidder der igen en 3-vejs temperaturregulator. Den er mekanisk reguleret har to indgange (B og C) og en udgang (A). Den er sat til at udgangstemperaturen skal være cirka 4 grader celsius. Og regulerer altså temperaturen ved at blande det kølede vand fra køleren (C) og det ikke kølede vand fra (B). Dette system har også en ekspansionsbeholder. Varmtvandssystemet og ferskvandsgeneratoren: Ses der på bilag 3 har vi her en systemtegning over varmtvandssystemet. Lidt til højre fra midten ses varmtvandskedlen (662.1). Dette er den primære varmekilde ombord. Den varmer vandet med diesel og/eller med el-elementer. Setpunktet kan reguleres og hvert af el-elementerne kan også reguleres alt efter hvilken temperatur de skal starte ved. Øverst på kedlen på bilag F ses en rund grøn cirkel. Dette er udgangen af kedlen. Herfra suges vandet enten af en af de to varmvandspumper (719.1/15) og/eller af cirkulationspumpen (18) som ses ved kedlen. Cirkulationspumpen startes af kedelstyringen hvis temperaturforskellen mellem ind- og udgangsvandet til kedlen bliver for stor. Vandet til forbrugerne bliver leveret af en af de to varmvandspumper (719.1/15). En af disse leverer til et blandingsbatteri hvorfra alle forbrugere får deres varme vand. På tegningen lige over de to varmvandspumper ses retur ledningen fra forbrugerne. Herfra kan returvandet gå direkte til kedlen via ventil (25). Dette gøres kun hvis der bliver lavet vedligehold på varmegenanvendelsessystemet ellers er denne ventil lukket. Returvandet går oftest direkte ud til varmegenanvendelsessystemet via ventil (768). Herefter strømmer returvandet ud igennem varmegenanvendelsessystemets vekslere ( /12 og /17). Et af dette systems vekslere blev omtalt i afsnittet om højtemperaturssystemet nemlig ( ). Herefter går vandet retur til kedlen igennem ventil (769). På bilag F ses også ferskvandsgeneratoren (751.1) fremover (FWG). Dette system hænger også sammen med varmtvandssystemet da FWG får dens varmeenergi fra dette system ved produktion af ferskvand. FWG får dens varmeenergi fra varmtvandssystemet ved at en af de to FWG pumper ( /13) suger vand igennem ventil (77) som er placeret lige før varmtvandspumperne. 11 af

12 Efter FWG leveres vandet igen tilbage til varmtvandssystemets returvand. Dette gøres lige før indgangene til varmegenanvendelsessystemet. Ses der på bilag 4 ser vi her en systemtegning over FWG. Her ses det også at FWG får varmt vand fra varmtvandssystemet via rørledning 4 DN1 og levere vandet tilbage via rørledning 6 DN1 som også var der vi slap systemet på bilag F. Fra rørledning 6 DN1 kommer returvandet fra FWG igennem varmegenanvendelsesvekslerne og tilbage til kedlen (BOILER). På bilag D ses det også at FWG har sugning fra søkisten (CIS) via FWG søvandspumpe (751.15). Dette vand bliver brugt til at kondensere vandet i FWG og til at danne undertryk i denne. FWG: Det vil nu blive gennemgået hvordan FWG overordnet virker. På Figur 2 FWG virkemåde ses FWG. Denne virker ved at der ledes varmt vand ind i bunden af den til fordamperen (1). Herefter ledes det varme vand ud igen. Øverst ses det at der bliver ledt kølevand ind igennem kondensatoren (2). Efter passagen af denne strømmer kølevandet igennem en ejektor som så suger fra FWG og hermed danner undertryk. Ved ventil (15) ledes der saltvand ind forbi fordamperen. Da der er undertryk inde i FWG koger vandet nu ved en lavere temperatur. Og hermed kan man bruge højtemperaturssystemet Søvandet fordamper vandudskilningsfilter til nu overskudsvarmen at og (4) fordampe går som op skiller fra søvandet. igennem et vandråber indeholdende saltpartikler fra. Dampen kommer så forbi kondensatoren som får dampen til at kondensere. Herefter udtages ferskvandet. Figur 2 FWG virkemåde Driften: Som før omtalt i dette projekt var driften i den tid jeg var ombord mindre end hvad skibet reelt var designet til. Men selvom skibet ikke har skullet yde ret meget har det på grund af at det skulle være i DP-2 stadig været nødvendigt at have en hovedmotor kørende i hver side grundet reglerne for DP-2. De to motorer der er tale om er og ME47 da det er disse to der kan lave el til nettet og samtidigt lave 7 Hovedmotor 1 og hovedmotor 2 12 af

13 fremdrift. Hovedmotorerne har altså ikke været særligt meget belastet og da søvandstemperaturen heller ikke har været særlig høj fordi vi har lagt i Østersøen har søvandssystemet heller ikke været særlig meget belastet. Derfor er der kun blevet kørt med søvandspumperne i det lave hastighedstrin. Lavtemperaturs- og højtemperaturssystemerne er selvregulerende og har ingen regulering af pumperne. I lavtemperaturssystemerne skiftes der mellem ferskvandspumpe 1 og ferskvandspumpe 2 ( ) og (712.15) (bilag B) ved hvert crew change8. Dette gøres for at holde drift timerne på pumperne tæt på hinanden. I højtemperaturssystemet er pumpen mekanisk trukket når hovedmotoren kører. Varmegenanvendelsessystemet har kun været åbent i den tid der er blevet produceret ferskvand da man har troet at der kun kunne trækkes energi ud af dette system når der blev produceret ferskvand på FWG. Målinger I dette afsnit vil det blive gennemgået hvor hvordan og med hvad målingerne er blevet taget. Måleinstrumenter Der er analoge termometre indsat i systemerne men nogle af disse er defekte og derfor er der blevet brugt et håndholdt infrarød temperaturmåler (Hioki-FT37-2 Infrared Thermometer). Dog er der nogle steder det ikke har været muligt at bruge dette da der har været isoleret og derfor er det indsatte analoge termometer blevet aflæst. Tryk målinger er aflæst fra manometre rundt om i systemerne. Nogle tryk og temperature er aflæst fra computeren i kontrolrummet da der ikke var andre steder at aflæse disse. Manometre: Det har ikke været muligt at finde et datablad for disse men der står EN på dem. Dette er en europæisk norm som ved opslag på nettet kan ses at disse max har en fejlvisning på ±4 % ( 214). På Figur 2 Manometer ses to manometre fra søvandspumpe 2. Termometre: Termometrene der sidder rundt om i systemerne er med kviksølv de er fra Sika og deres nøjagtighed er 1 % Figur 3 Manometer 8 Mandskabsudskiftning. Sker ombord Mærsk Lifter cirka hver 5 uge. 13 af

14 ( 214) så det antages at den største usikkerhed ved disse termometre sker ved selve aflæsningen. På Figur 4 - Siga termometer ses dette termometer. Den infrarøde temperaturmåler (Hioki-FT37-2 Infrared Thermometer) har en usikkerhed som ses på Figur 5 usikkerhed for Hioki-FT37-2 men da der måles udenpå et rør og ikke inde i selve væsken som løber inde i røret er der selvfølgelig også en vis usikkerhed i dette. De steder hvor det har været muligt at tage målinger med begge termometre er dette blevet gjort. Målingerne har vist stort set det samme resultat. Målinger kun foretaget med det infrarøde termometer er taget efter første rørbøjning på den side hvor røret bøjer væk fra. Dette er gjort da det er her der er størst turbolens i væsken og derfor også den bedste kontaktflade til røret. Det er også det sted hvor man får den mest korrekte måling af hvad temperaturen er inde i selv røret. Figur 4 - Siga termometer Figur 5 usikkerhed for Hioki-FT37-2 Hvor er målingerne taget: I dataindsamlingen til dette projekt er der blevet aflæst rigtig mange instrumenter mange forskellige steder i systemerne. På Figur 6 - Tabel for målinger ses hvordan en given dags målinger ser ud. Længst til venstre på figuren ses en lodret søjle hvori der står hvor der er målt. står for søvand- står for lavtemperatur- for højtemperaturs- LO for smøreolies- HW for varmtvandssystemet og AIR står for skylleluften. Vertikalt ud fra hver af disse står så de tal der er aflæst og på linje to fra oven Figur 6 - Tabel for målinger 14 af

15 over tallet står der enten T eller P dette står for temperatur eller tryk og 1 eller 2 står for før eller efter. I øverste liste står der efterfulgt af T/C og et tal. Dette betyder at det der står herunder hører til enten den ene hovedmotor eller den andens system. Tallet T/C er det antal omdrejninger turboen havde ved aflæsningen af værdierne. Hvis der kigges på bilag A lige før og efter hver af lavtemperaturskølerne (712.23/22) er der taget målinger for T1 og T2. Dette er gjort lige efter bøjningen på røret samme sted hver dag og med tre-fire målinger med det infrarøde termometer for at få en så nøjagtig måling som mulig. Her er dog også analoge kviksølvtermometre disse er også aflæst og stemte overens med hvad det infrarøde termometer målte. Det er dog det infrarødes målinger der er noteret da det ikke var nær så nøjagtigt at aflæse det analoge. værdierne er også aflæst ved lavtemperaturskølerne. Ses der på bilag 2 er T1 og T2 aflæst ved (712.23) lige før og efter køleren. Det samme gælder også for den anden sides system. Fremtidige henvisninger til den andens sides systemer udelades da det antages at læseren forstår hvor disse målinger kommer fra da systemerne er identiske. P1 og P2 er aflæst på de manometre der sidder lige før og efter hver af søvandspumperne som ses på bilag A (711.1/15). Trykkende over lavtemperaturspumperne er ligeledes taget ved manometre som sidder lige før og efter disse ses på bilag 2 ( /15). Den første vi kommer til i Figur 6 - Tabel for målinger fra oven er aflæst før og efter højtemperaturskøleren som ses på bilag 2 ( ) P1 har ikke været mulig at måle da der ikke har været noget manometer installeret. P2 er dog aflæst fra computeren i kontrolrummet. Målingen er dog ikke lige efter pumpen men lidt derfra ved indgangen til hovedmotoren. Det antages dog i dette projekt at denne måling er den samme som hvis den var taget lige efter pumpens afgangsflanger. T1 og T2 er aflæst på analoge termometre lige før og efter højtemperaturskøleren. Dette er gjort da denne køler er isoleret og derfor umulig at tage en korrekt måling af med det infrarøde termometer. Den anden fra oven er også tages ved lige før og efter højtemperaturskøleren (bilag B) den er dog taget med det infrarøde termometer. LO P1 har ligesom P1 ikke været mulig at få taget LO P2 er aflæst på computeren i kontrolrummet. Denne antages at være fra smøreoliepumpens afgangsflange. LO T1 og T2 er taget lige før og efter smøreoliekøleren bilag 2 (714.29). Målingen er lavet med det infrarøde termometer. Den tredje fra oven er også aflæst med det infrarøde termometer lige før og efter smøreoliekøleren. HW T1 og T2 er aflæst lige før og efter varmegenanvendelsesveksleren bilag 2 ( ) på et analogt termometer da denne veksler er isoleret. HW P1 og P2 er aflæst ved manometrene lige før og efter FWG 15 af

16 pumperne se bilag 3 ( /3). anden fra oven er også aflæst lige før og efter varmegenanvendelsesveksleren ved hjælp af et analogt termometer. AIR T1 og T2 er aflæst ved computeren i kontrolrummet og er målinger fra før og efter skylleluftskøleren. AIR P2 er ligeledes aflæst fra pc i kontrolrummet. De nederste og målinger er taget med infrarødt termometer lige før og efter skylleluftskøleren se på bilag 2 (CH2 og CH1). Dataanalyse I dette afsnit vil der blive analyseret på de malinger der er foretaget ombord på Mærsk Lifter. Der er blevet taget mange målinger ombord på Mærsk Lifter. Mange af målingerne giver meget svingende værdier dette kan skyldes at der kan være sket en belastnings ændring i den tid hvor målinger er blevet taget. De svingende værdier forekommer helt sikkert også fordi målingerne er taget manuelt og at det udstyr der er blevet brugt har haft en vis måleusikkerhed. Derfor er jeg nødsaget til at vælge ud i disse for at få nogle bedre og valide data at gå ud fra. Der er to bilag med data de ses på bilag rådata og bilag rådata2. Målingerne er indskrevet i et regneark og herefter er der regnet en effekt for lavtemperaturskøleren for hver side af denne. Herefter der gennemsnittets effekten for køleren blevet udregnet. Hernæst er gennemsnits effekterne for alle dagene indsat i en kolonne. Ved siden af denne kolonne er der i en ny kolonne indsat turboens omdrejningstal. Herefter er tallene for turboen divideret med ti for at få turboens til og effekterne for køleren til at passe bedre sammen i en graf. Dernæst er gennemsnits tallene og de nedskalerede tal for turboen indsat i en graf. Heraf er der fremkommet to grafer. Disse to grafer skal passe sammen da turboens omdrejningstal er et direkte udtryk for hvor belastet motoren er. Jo mere belastet motoren er jo mere effekt skal der omsættes i lavtemperaturskøleren. Derfor er de dage hvor graferne ikke har samme kurveforløb fjernet da disse dage antages at være for fejlbelagte og derfor ikke valide nok til at regne videre med. Der vil kun blive brugt data fra s syste da dette ar det system jeg startede med at tage målinger ved hver gang og derfor er flest data omkring da jeg nogle dage var nødsaget til at afslutte min dataindsamling før jeg var blevet helt færdig. Grunden til at gennemsnits effekten for lavtemperaturskøleren bruges er at der er stor forskel på den beregnede effekt på søvandssiden i forhold til lavtemperaturssiden. Derfor er der valgt at bruge 16 af

17 gennemsnittet af de to effekter for at få en mere stabil værdi uden for store udsving. På Figur 7 Graf for sammenhæng mellem køler effekt og turboen ses den graf der blev lavet efter fjernelse af de dage som ikke var valide nok. Ud af x-kurven er der brugt numre i stedet for datoer. Y-aksen er symbolløs da der her bare er brug for at få de to grafer til at ligge tættere på hinanden sådan det er nemmere at se hvilke dage der ikke følger hinandens grafer. Figur 7 Graf for sammenhæng mellem køler effekt og turboen Denne graf er lavet ud fra data som er taget fra d til og med d Og det antages nu da disse to kurver ser ud til at følge hinanden at disse data må være taget på et tidspunkt hvor der ikke er sket en belastningsændring. Og derfor repræsentanterne disse gennemsnits tal driftsområdet for denne periode. Det skal lige tilføjes at fra d og fremad er der reguleret på kedlens set punkt samt at varmegenanvendelsessystemet er blevet holdt åbent selvom ferskvandsproduktionen er stoppet. Dette blev gjort for at se om der kunne spares på olieforbruget til kedlen. Derfor er der fra denne dato og frem trukket mere energi ud af kølevandssystemet og over i varmtvandssystemet. Derfor burde der tages nye målinger for at finde et bedre driftsområde for en eventuelt ny pumpe. Men da dette ikke har været muligt da jeg afmønstrede kort tid efter denne nedregulering af kedlen må der regnes med de data jeg indsamlede. Der er udvalgt fire dage ud af de dage som antages at være valide. Dagene der er valgt er 8/9 18/9 2/9 og 22/9. De to første repræsenterer den almindelige drift før driftoptimeringsforsøget. De to sidste repræsenterer driftsdage efter der blev reguleret på systemet. Derfor vil der senere blive set nærmere på disse dage. 17 af

18 Beregninger I dette afsnit vil der blive regnet på hvor meget der kunne spares ved at nedregulere søvandspumperne. Og hvor meget der kunne spares ved at holde varmegenanvendelsessystem åbent selvom man ikke laver ferskvand. Ydermere vil det blive set på hvad en nedregulering af set punktet på varmtvandskedlen ville betyde. Der tages udgangspunkt i målingerne fra d. 8/9 da dette er en af de dage med højest effekt behov ved lavtemperaturskøleren. Søvandspumperne: For at kunne beregne hvor meget man kan nedregulere søvandspumperne skal man vide hvor meget energi der bliver afsat fra lavtemperaturskøleren. På Figur og systemet ses en skitse af der hvor - og systemet hænger sammen. Søvandssystemet () antages at være et lukket system da det har dets suge side fra søkisten som er åben ud til havet og har dens afgangsside i havet under havoverfladen. Derfor ka a ed hjælp af P o er pu pe s fla ger aflæse olu eflo et på pu pe s pu pekur e9. Lavtemperaturssystemet () antages også at være et lukket system. Pumpekurverne vil blive henvist til i bilaget når disse skal bruges. Varmekapaciteten for søvandet og kølevandet antages og være det samme da der ikke forefindes nogen data for disse. Havvandet i Østersøen er også meget mindre saltholdigt end andre steder i verden da det er et indlandshav. Varmekapaciteten antages altså at være 419 for de to væsker antages ligeledes også at være ens nemlig Massen Pumpedrift og energi af Thomas Heilmann 5. udgave 29 Side af

19 Figur og systemet 19 af

20 Der regnes på hovedmotor 1 og først beregnes det masseflow der går igennem søvandssystemet. Pumperne der er tale om ses på bilag 5 (item 711.1/15). Det ses heraf at pumpetypen der er tale om er en VRW 7/29G og pumpekurven for en af disse ses på bilag H. Dagen der regnes på er d 8/9 som findes på Bilag rådata2. P for søvandspumpen er aflæst til 115 bar. Dette ses indtegnet på pumpekurven på Figur 9 pumpekurve. Figur 9 pumpekurve Heraf ses det at pumpen leverer 265 ℎ. Da det blev antaget at massefylden var 1 ṁ Hvor: fås masse flowet til ℎ ṁ er masseflowet er densiteten er volumeflowet 2 af

21 Da vi nu har masseflowet der går igennem lavtemperaturskøleren og T over denne beregnes nu den effekt søvandssiden aftager fra lavtemperaturssiden. ṁ T Hvor: er effekten ṁ er masseflowet er varmekapaciteten T er temperaturforskellen Søvandssystemet aftager altså kw fra lavtemperaturssystemet hvis det antages at der ikke sker varmeveksling med omgivelserne. På bilag 1 ses et dataskema over en af de tre lavtemperaturskølere. Det ses heraf at køleren er dimensioneret til den værst tænkelige situation hvor søvandet er 32 C og opvarmes til 479 C over køleren. Flowet i denne situation er 4 dimensioneret til at aftage: ṁ T ℎ T ℎ Det vil sige at køleren ved den nuværende belastning kun er % ℎ. Det vil sige at køleren er % belastet. Nu skal masseflowet lavtemperaturspumpen leverer findes. Data for denne pumpe er fundet ved aflæsning af serienummer på pumpens mærkeplade. Herefter er der taget kontakt til pumpeleverandøren hvorefter de har leveret en pumpekurve for denne pumpe. Pumpekurven for denne pumpe kan ses på bilag 6. P aflæses nu fra d. 8/9-214 fra bilag rådata2 men da pumpekurven er opgivet i m i stedet for bar kræves en o reg i g af P før dette ka indtegnes på pumpekurven. 21 af

22 ℎ ℎ ℎ (Heilmann 29) Hvor: er trykket i Pa er densiteten er tyngdeaccelerationen ℎ er løftehøjden i m Nu indtegnes de 3 m på pumpekurven ses på Figur 1 - pumpekurve for pumpen (næste side). Flowet aflæses nu til 439 ℎ. Masseflowet beregnes nu: ṁ ℎ Masseflowet lavtemperaturspumpen leverer kendes nu. Men da det ikke vides hvor meget der bliver ledt igennem selve lavtemperaturskøleren må dette nu beregnes. Henledes opmærksomheden igen på Figur 6 - og systemet ses det at vi kender T ind masseflowet pumpen leverer og T blandet. T blandet er dog aflæst et andet sted i systemet men før det har været igennem en køler så det antages at denne temperatur er den samme som ved punktet T blandet. T blandet aflæses derfor igen på rådata2 ved d 8/9-214 ved punktet lige før køleren til 37 C. Nu kan det altså beregnes hvor meget energi lavtemperaturssystemet afgiver til lavtemperaturskøleren hvis det antages at alt energi bliver overført i denne. 22 af

23 Figur 1 - pumpekurve for pumpen ṁ T ṁ Da dette tal kun er cirka ¼ af hvad der blev overført på søvandssiden må det antages at den aflæsning der er lavet lige før højtemperaturskøleren er fejlbelagt derfor bruges aflæsningen taget lige før skylleluftskøleren nu. Temperaturen er igen taget fra d. 8/9-214 på rådata2. ṁ T ṁ Dette tal ser mere sandsynligt ud og derfor fortsættes beregningen med dette tal. Der skal nu findes ud af hvor meget af det masseflow lavtemperaturs pumpen leverer der kommer ige e la te peraturskølere. Vi ke der effekte der li er afgi et i kølere og T o er de ne. Derfor opstilles følgende formel: 23 af

24 ṁ T Da masseflowet der går igennem køleren fra lavtemperaturssiden nu kendes kan der findes ud af hvor mange procent det svarer til at 3-vejsreguleringsventilen leder igennem køleren. % % Det vil sige at reguleringsventilen kun lader små 1 % igennem køleren. Det betyder også at der er et meget mindre flow i køleren end den er designet til. Ved mindre flow får man mindre turbolens og mindre turbolens medfører et tykkere stillestående lag. Det virker isolerende og derfor mindskes kølerens varmeoverførelsesevne. Det vil sige at køleren ved denne belastning er nødsaget til at have et stort flow på søvandssiden for at minimere denne sides stillestående lag for hermed at opretholde kølerens varmeoverførelsesevne. Hvis der laves en regulering på søvandssiden sådan dette flow tilpasses belastningen fra lavtemperaturssystemet. Ville det mest energieffektive være at stile efter et så stort flow som muligt igennem kølerens lavtemperatursside for at opretholde varmeoverførelsesevnen. Da varmeoverførelsesevnen nu bliver mindsket ved at sænke flowet igennem kølerens søvandsside for at spare energi på driften af søvandspumperne. Der er udregnet to forskellige tal på hvor meget energi der bliver overført i køleren. Et fra søvandssiden 161 kw og et for lavtemperaturssiden 971 kw. Forskellen på de to tal forekommer da der ikke kan tages helt nøjagtige målinger der sker varmeoverførsel fra maskinrummet til veksleren de to systemers varmekapaciteter er i virkeligheden ikke identiske og at målingerne ikke er taget på helt samme tidspunkt. Fremadrettet vil det det højeste tal blive brugt. Da dette antages at være det værste tilfælde. Nu udregner vi så et nyt masseflow igennem kølerens lavtemperatursside. ṁ T Hvor mange procent svare dette til i forhold til hele masseflowet fra lavtemperaturssystemet. 24 af

25 % % igennem på Nu skiftes masseflowet på hver af siderne sådan der nu strømmer 7236 på søvandssiden. T for begge sider flyttes også med over sådan lavtemperaturssiden og 128 T T T T T T T og omvendt. De gamle temperature så således ud: T T T T T T T T De nye temperature ser således ud: T T T T T T + T T Da veksleren er opsat i modstrøm det vil sige at modstrøm med løber i modstrøm med og løber i ses det også heraf at temperatur differenserne er det samme som før ombytningen. Hermed antages det at køleren stadig kan overføre den samme effekt. Hvor åben er reguleringsventilen ved dette nye flow: 25 af

26 % % ville regulerings- Det vil sige at selvom man nedregulerede søvandspumpen til et masseflow på 128 ventilen på lavtemperaturssiden kun lade 593 % af pumpens masseflow passere køleren. Da vi nu har et flow på søvandssiden af køleren på 128 vil det nu ses på om den pumpe som allerede sidder på systemet kan nedreguleres til denne drift hvis der påsattes en frekvensomformer. Massestrømmen på de 128 regnes nu om til en volumenstrøm pr time. ṁ Det betyder altså at pumpen kunne nøjes med et flow på dag. Det er altså en reduktion på hele ℎ ℎ ℎ ℎ % ℎ i stedet for de 265 %. ℎ der køres med i For at nedregulere pumpen skal anlægskarakteristikken findes. æ (Heilmann 29) Hvor: æ er trykforskellen over pumpen (lukket anlæg) er systemets specifikke modstand er volumeflowet i anden potens Da anlægget er et lukket og vi har Q og P findes K ved at sige: æ af

27 Affinitetsligning laves nu: æ (Heilmann 29) Nu findes det nye omdrejningstal for den eksisterende pumpe (Heilmann 29) Hvor: er pumpens nye krævede effekt på dens aksel er pumpens gamle krævede effekt på dens aksel er pumpens nye omdrejningstal er pumpens gamle omdrejningstal Denne ligning løses ved at solve1 funktion på lommeregner. Omdrejninger er fundet på bilag H. Det vil sige at hvis der nedreguleres på den nuværende pumpe ved denne belastning skal den køre 29 omdrejninger i minuttet. Men efter kontakt med pumpeleverandøren er det blevet oplyst at denne pumpe ikke kan nedreguleres mere end til 6 omdrejninger. Motorens virkningsgrad ville også falde i takt af at den ikke skulle belastes ret meget samt at den nedreguleres. Men det antages at motorens virkningsgrad er den samme ved nominelle omdrejninger som ved det nedregulerede omdrejningstal. Rent reguleringsmæssigt vælges det at den store motor vælges at nedregulere på da det ville blive et problem at skulle gå fra den lille motor til den store motor under drift. Den store motor er der ikke lavet nogle målinger på men det antages da den lille motor ligger så tæt på det nominelle flow at den store også ligger ved dens nominelle flow. Derfor indtegnes driftspunktet for den store motor nu. Ses på Figur Funktion på lommeregneren TI-89 som selv finder det manglende til i ligningen. 27 af

28 Figur 11 Heraf ses det at P ar og P kw. Nu udregnes det det nye driftspunkt ved 6 omdrejninger. ( ) Nu udregnes hvor meget effekt pumpen kræver tilført på dens aksel: ( ) Nu findes det effektoptag elmotoren trækker for nettet og da det er antaget at virkningsgraden for elmotoren er den samme ved 1775 omdrejninger som ved 6 omdrejninger er det kun belastningsgraden virkningsgraden er afhængig af. Derfor findes motorens virkningsgrad nu ved 135 kw. Belastningsgraden er % % % Belastningsgraden på de 225 % kan ikke umiddelbart aflæses på virkningsgradskurven. Derfor er det antaget at hvis kurveforløbet følger den indtegnede og skalaen forlænges ville virkningsgraden kunne aflæses til cirka 85 % 85 se Figur 12 (næste side). 28 af

29 Figur 12 Virkningsgraden for frekvensomformeren er oplyst til 9811 denne er dog afhængig af belastningen men antages at være det samme ved denne belastning. 11 Telefonsamtale med Rene Møller fra Grundfos A/S 29 af

30 Nu udregnes effektoptaget fra nettet ved hjælp af følgende formel: Hvor: ŋ ŋ er motorens optagne effekt fra nettet. er motorens leverede effekt på akslen. ŋ er motorens virkningsgrad. ŋ er frekvensomformerens virkningsgrad. Besparelsen til dette driftspunkt kan udregnes ved hjælp af følgende formel: Effekten der bliver optaget ved det gamle driftspunkt skal dog først findes. Herunder på Figur 13 ses et udsnit af bilag 7. Figur 13 Det ses her at det gamle driftspunkt med den lille motor12 krævede 1 kw tilført effekt til pumpens aksel. Nu findes motorvirkningsgraden for den lille motor ved denne belastning. På Figur 14 (næste side) ses GL DP aflæst til Dahlander motorens laveste hastighedstrin. 3 af

31 Figur 14 Effektoptaget beregnes altså til: Nu findes den sparede effekt: Da pumpen kun kan nedreguleres til 6 omdrejninger og derfor ikke kommer helt ned til det ønskede driftspunkt kan der laves en drøvling. Dette gøres ved at sætte en ventil umiddelbart efter pumpen afgangsflange. På bilag 7 ses pumpekurve pumpevirkningsgradskurve og effektoptagskurven for søvandspumpen. På pumpekurven ses følgende driftspunkter indtegnet det gamle driftspunkt (GL DP) og det nye (NYT DP). Det nye driftspunkt fremkommer da ventilen foran pumpen giver et forøget systemtryk og hermed flytter driftspunktet mod venstre på pumpekurven. Den nederste kurve viser pumpevirkningsgraden. Det ses heraf at virkningsgraden for pumpen falder. Den øverste kurve viser effektoptaget pumpen er nødsaget til at få tilført på dens aksel. Det ses ved det gamle driftspunkt at pumpen skal have tilført 1 kw og ved det nye driftspunkt skal den have 6 kw. På bilag 8 ses virkningsgradskurven for elmotoren der driver søvandspumpen. Denne bruges til at finde effektoptagene for de to driftspunkter. 31 af

32 % % Motor virkningsgrad for GL DP aflæses nu på kurven til cirka 892 % 892 % % Motor virkningsgrad for NYT DP aflæses på kurven til cirka 862 % 862 Nu kan effektoptaget regnes ud: Heraf ses det at selvom pumpens virkningsgrad falder så falder effektoptaget fra elmotoren mere og hermed opnås der en besparelse på Hvis vi skal se på hvad dette svarer til i kroner og øre skal vi have fundet ud af hvad en kw/h koster. Fra målingerne d. 18/9-214 kørte turboen 18. omdrejninger. Dette kan ses på bilag rådata2. Med omdrejningerne fra turboen kan man aflæse belastningsgraden for hovedmotoren dette ses på bilag 9. Heraf ses det at 18. omdrejninger svarer til en belastningsgrad på 42 %. Dette svarer også til at motoren leverer.. på dens aksel. Fra akslen går effekten igennem gearet se Figur 1 Systemskitse for hovedmaskineri og herfra ud på skrueakslen eller til generator akslen. Der er ingen logning over hvor hvilke effekter går hen. Så beregningerne herfra og frem vil det blive antaget at tabene over gear og igennem generator ikke er eksisterende. Dette vil selvfølgelig gøre at der findes en billigere kwh pris som så vil gøre at tilbagebetalingstiden vil være længere end den reelt er. Hvorimod hvis jeg antog en virkningsgrad der var lavere end den reelt er ville jeg til sidst komme frem til en kortere tilbagebetalingstid. Så ved at jeg antager at virkningsgraden herfra og frem er 1 % gør det at jeg ikke får et helt reelt billede af virkeligheden men får dog en tilbagebetalingstid der er længere. Og hermed kan jeg være mere sikker på at hvis den tilbagebetalingstid jeg finder frem til er meget tæt på de tre år i virkeligheden er kortere en denne. I maskinlogbogen kan man fra d læse at havde et 32 af

33 forbrug på 11 MT13 og hvis det antages at hovedmotoren har haft samme last hele det foregående døgn vil man kunne udregne hvor mange kg olie der er brugt pr produceret kw/h. Denne udregning laves nu. Brændstofs forbrug pr time: kw/h produceret pr time var 1736 kw/h ℎ olieforbrug pr kw/h: ℎ ℎ Olieprisen pr MT MGO er fundet på (bunkerworld 214) til 6 USD som d svare til 3611 kr Det vil sige at en kw/h koster Hvor meget kan der så spares ved at drøvle pumpen til det nye driftspunkt hvis det antages at en kw/h koster det samme i hele perioden belastningen for lavtemperaturskøleren er den samme i hele perioden søvandstemperaturen er den samme og at driften kører i 35 dage pr år: ℎ ℎ Det vil sige at der kunne spares. å å. å da der er to pumper ombord. Hvad kan der så spares ved at nedregulere pumpe ved hjælp af frekvensomformer: Det vil sige at der kunne spares 13 ℎ. å ℎ.. å å da der er to pumper ombord. Metrisk ton 33 af

34 Etableringsomkostninger og tilbagebetalingstid: I dette afsnit vil det blive kigget på hvad det ville koste at etablere frekvensstyring på den store motor og hvad det ville koste at lave reguleringen med drøvling. Herefter vil det blive set på hvad tilbagebetalingstiden for hver af disse vil blive. Frekvensstyrring: Efter samtale med Rene Sørensen fra Grundfos A/S er der fundet de komponenter et sådan system ville kræve. Disse ses på bilag 11. Udover komponent omkostningerne kommer der dertil etablerings omkostninger for programmeringen af styringen. På bilag ses et prisoverslag for de samlede komponenter kr. dertil kommer der cirka kr.14 oveni for programmeringen. Selve installationen vil koste to dages løn af elektriker som ligger på 6 kr./dag15. Heraf er følgende budget opstillet: Etableringsomkostninger: Materialer: i alt pris Kr. pr dage dag 2 6. Installation: Elektriker 12. Tekniker 7. i alt 82. Kr. samlet pris i alt Kr. Tilbagebetalingstiden vil da blive: å.. 21 år Pris oplyst af Rene Sørensen fra Grundfos A/S Cirka pris oplyst under telefonsamtale med Mærsk Supply Services tekniske afdeling 34 af

35 Drøvling: Fra beregningsafsnittet blev der fundet ud af at hvis der blev lavet en drøvling på begge systemer kunne der spares kr. om året. Hvis materialepriser og installationspriserne for drøvlingen antages at være kr. ville der altså spares kr. om året. Dette bliver nu sat op imod hvad etableringsprisen for frekvensomformer løsningen vil være over de næste fem år. Ses herunder: V samlet besparelse 2 Drøvling besparelse (etableringkr) Heraf ses det at selvom etableringsomkostningerne for drøvlingen var kr. ville det stadig kunne betale sig at vælgelæsningen med frekvensomformeren da dette under alle omstændigheder ville blive billigst efter max 4 år. Derfor er denne løsning ikke valgt at hindhente prisopslag på. Varmegenanvendelsessystemet: Indtil d. 18/9 blev varmegenanvendelsessystemet lukket af når der ikke blev produceret ferskvand i FWG. Set punktet på varmtvandskedlen var ligeledes indtil denne dato fast på 7 C da man havde læst i en rapport at temperaturen skulle holdes over denne for at undgå legionella16 i ens varmtvandssystem. Efter denne dato blev der fundet en ny rapport som sagde at temperaturen kunne sænkes yderligere. Derfor blev temperaturen sænket gradvist over de næste par dage for at se ved hvilket set punkt varmegenanvendelsessystemet kunne holde en stabil temperatur uden igangsættelse af kedlens brænder. Der er i forbindelse med dette projekt fundet en vejledende temperatur for ens kedelsystem nemlig 6 C ( 214). Der er før omtalt dagene 8/9 18/9 2/9 og 22/9. Disse vil nu blive 16 Legionella er en bakterie som er sundhedsskadelig for mennesker. 35 af

36 brugt til at vise forskellen på at køre med varmegenanvendelsessystemet åbent og lukket samt hvad en set punkts ændring på kedlen medfører. De data der er brugt til at lave grafen stammer fra skibets maskinlogbog og udregninger for gennemsnits effekt i lavtemperaturskøleren. Figur 15 Graf over kedeltimer og vandproduktion På Figur 15 Graf over kedeltimer og vandproduktion ses det ved d.8/9 at kedlen kører selvom der ikke er produktion af ferskvand. Varmegenanvendelsessystemet er lukket og derfor er kedlen nødsaget til at køre for at opretholde varmtvandssystemets temperatur. D. 18/9 ses produktion af ferskvand varmegenanvendelsessystemet er åbent da der er produktion af ferskvand. D. 2/9 er produktionen af ferskvand stoppet varmegenanvendelsessystemet er stadig åben og det ses at kedlen ikke kører og derfor holdes systemtemperaturen i varmtvandssystemet oppe udelukkende ved hjælp af varmegenanvendelsessystemet. D. 22/9 er der kun lavet meget lidt ferskvand dette skyldtes at produktionen kun blev startet op for at se om varmegenanvendelsessystemet kunne opretholde en produktion af ferskvand og varmtvandssystemets temperatur på 6 C. Dette kunne lade sig gøre og derfor f ses det også at der ikke blev brugt kedeltimer denne dag. køler effekt og T/C er taget med for at vise at der var sammenhæng mellem motorbelastningsgraden og afsat effekt i lavtemperaturskøleren disse dage. Dog burde køler effekt for d. 2/9 have lagt lidt lavere. 36 af

37 Hvis der skal kigges på hvor meget energi der er sparet ved at holde varmegenanvendelsessystemet åbent kan dette kun gøres ved at bruge data fra maskinlogbogen da der ikke forefindes nogle data på hvor meget masseflow der er kørt igennem varmegenanvendelsessystemet. I maskinlogbogen forefindes der data for hvor mange timer varmtvandskedlens brænder har kørt og hvor meget olie denne har brugt. Værdier fra de dage før varmegenanvendelsessystemet blev holdt åben kan sammenlignes med dagene efter. Herunder ses et uddrag af data erne fra maskinlogbogen. Olie Vand forbrug Kedel prod. Dato (MT) timer (MT) 8-sep sep sep 22-sep 4 2 Ud fra disse ses det at der er brugt 5 MT olie til at holde systemtemperaturen i varmtvandssystemet. Hvis det antages at der ikke har været brugt olie hos andre hjælpesystemer. Ved andre hjælpesystemer menes der nødgeneratoren hjælpegeneratorerne og incineratoren17 da disse systemer også får deres olie herfra. D. 18/9 ses et højere forbrug af olie da der produceres vand og det antages også her at der ikke er noget forbrug fra nogle andre systemer end kedlen selv. D. 2/9 bruges der ikke noget olie på at holde varmtvandets systemtemperatur. D.22/9 er der forbrugt 4 MT hos incineratoren da det kan læses i maskinlogbogen at der ikke har været køretimer på nogle af de andre systemer. Hvis det antages at der laves ferskvand cirka halvdelen af tiden så blev der i gennemsnit brugt + pr dag. Hvis vi så ser på hvor meget der bliver brugt efter varmtvandskedlens set punkt er nedjusteret og varmegenanvendelsessystemet holdes åbent er der ikke brugt noget olie. Det vil sige at der reelt er en besparelse på 18pr dag. Dette tal bygger på nogen usikkerhed da det reelt ikke vides om incineratoren har været i brug fra d. 8/9 til d.18/9. Ydermere brude der være lavet ferskvand over et helt døgn d 22/9 til d 23/9 for at se om produktionen kunne følge med forbruget. Ellers ville det jo være nødvendigt at øge kedlens set punkt sådan en hurtigere produktion af ferskvand kunne ske Er en brænder som bruges til at brænde affald. Pris pr MT MGO også brugt foregående udregninger 37 af

38 Integrering af frekvensstyrring på søvandspumperne: I dette afsnit vil det blive gennemgået hvordan denne styrring skal programmeres. Der vil kun blive gennemgået et af systemerne da begge sider er ens. Styringen: På næste side ses PI-diagrammet over den nye styrring på Figur 16. Frekvensomformeren får et indgangssignal fra 4-2mA. 4mA skal svare til at pumpen kører 6 omdrejninger i minuttet og 2mA skal svare til det nominelle omdrejningstal på Frekvensomformeren får dens analoge input fra styrecomputeren (PLC) som befinder sig i den nyopførte styretavle. Denne PLC (den nyinstallerede) får et signal fra en ny installeret temperatur transmitter (TT) se tegning som giver et a alogt i put til PLC e på -2mA. Dette signal svare til en given temperatur i systemet. PLC en gives et set punkt på 34 C. PLC e skal altså give V et højere signal hvis temperaturen fra TT er højere end 34 C og sende et lavere signal hvis signalet fra TT er mindre end svarende til set punktet 34 C. Der installeres også en tryktransmitter (PT). Denne sender et signal på 4-2mA til PLC e. I PLC e er der et i d ygget logarit isk reg eprogra so alt efter h or stort udga gssig alet er til V e så ka de e beregne om tryktabet over køleren bliver for stort. Hvis det så bliver for stort. Der vælges et tryktab som køleren max å få. Når dette i i u s trykta op ås skal PLC e gi e alar såda agtha e de maskinmester kan skifte over til en anden køler. Og enten backflush eller rensning af køleren kan foretages. Udgangssignal til alarm er ikke vist. Den anden PLC der ses til højre på skitsen er den styrring som sidder på systemet i dag. Denne styring foretages der ikke noget ved. Den får stadig analogt signal på 4-2mA fra T la det. Dette er e te peratur. PLC e har et set pu kt på C. PLC e se der sig al til temperaturregulatoren (4-2mA) alt efter om der skal køles mere eller mindre. 38 af

39 Figur 16 Konklusion: Det er i dette projekt fundet ud af at der kunne etableres en styrring på søvandspumperne. Denne styrring vil nedregulere pumperne sådan de tilnærmelsesvis kun leverer det flow der er behov for. Dog er det fundet ud af at de pumper der sidder i søvandssystemet kun kan nedreguleres til 6 omdrejninger i minuttet. Ved dette omdrejningstal vil pumperne kunne levere rigeligt med flow og hermed køling til kølevandssystemet i denne drift situation. Pumperne vil ved yderligere kølingsbehov eller stigende søvandstemperatur opregulere pumperne og hermed også flowet der i sidste ende giver forhøjet køling i køleren. Pu per e il yder ere stadig ku e le ere flo ok til orst ase so de fra starte af ar dimensioneret til. Denne styring vil have en tilbagebetalingstid på 21 år og herefter spare rederiet for kr. pr år hvis det vælges at investere i denne styring. Det blev også fundet ud af at det var muligt at trække mere energi ud af varmegenanvendelsessystemet. Det viste sig nemlig at systemet var designet til at skulle holdes åbent og hermed nedsætte kedlens behov for at starte dens brænder. Ydermere blev det fundet ud af at kedlens set punkt kunne nedreguleres sådan varmegenanvendelsessystemets energitilførsel til varmtvandssystemet var nok til at opretholde en produktion af ferskvand. Ud fra de få dages målinger og justeringer kedel og varmegenanvendelsessystemet vurderes det at der kan spares op imod 7 MT i gennemsnit pr døgn ved disse driftsforhold. Dette svare til 2528 kr. pr døgn for denne periode. 39 af

40 Efterskrift: Jeg havde aldrig før været på et supply skib før jeg kom ombord på Mærsk Lifter. Systemerne ligner godt nok de samme systemer som er på Container- og tankskibe men selve driften er meget anderledes. Jeg har fra andre projekter på Aarhus Maskinmester Skole gjort mig erfaringer om at det er bedre med for mange målinger fra et system end for få. Jeg har så lidt efter lidt sat mig ind i de systemer jeg ville skrive om og herefter udvalgt de data jeg skulle bruge. Jeg har erfaret at selvom man tror man har sat rigeligt med tid af til indhentning af tilbud på komponenter så kan dette godt tage længere tid end først antaget. Derfor kan jeg i fremtiden bedre vurdere om hvor lang tid dette vil tage for at projekt i samme omfang som dette. Til sidst vil jeg gerne udtrykke min iver for igen at komme til søs denne gang som vagtgående maskinmester ombord på et af rederiets skibe. 4 af

41 Litteraturliste: Bøger: 1. Heilmann T. (29). Pumpedrift og energi. I T. Heilmann Pumpedrift og energi (s og 42). Assens: Heilmanns Forlag. 2. Petersen P. E. (26). Elektroteknik 3 - Elektriske Maskiner 4. udgave. I P. E. Petersen Elektroteknik 3 (s. 185). København: Bogfondens Forlag A/S. Internet: 1. bunkerworld. ( ). Hentede fra bunkerworld: 2. dynamic-positioning.com. ( ). Hentede fra imo.org/. ( ). Hentede fra es/default.aspx 4. plesner.as/. ( ). Hentede fra menu%3d712%26amp%3bpage_id%3d 5. aarhusvand.dk/. ( ). Hentede fra de-de.wika.de. ( ). Hentede fra af

42 Bilagsliste: Bilag 1 Søvandssystemet Bilag 2 Lavtemperaturssystemet/højtemperaturssystemet Bilag 3 Varmtvandssystemet Bilag 4 FWG Bilag 5 Pumpeoversigt Bilag 6 pumpe Bilag 7 pumpen Bilag 8 Motorvirkningsgradskurver for Bilag 9 Hovedmotorbelastningskurve Bilag 1 / Køleren Bilag 11 Tilbudsoversigt for nye komponenter Bilag rådata1 Bilag rådata2 42 af

43

44

45

46

47

48

49

50

51 Pump Data Sheet - IRON Pump Company: IRONPump A/S Name: Date: 8/6/214 Pump: Search Criteria: Size: 2/315 Flow: 42 m³/hr Type: CNLB Synch speed: 18 rpm Speed: 178 rpm Dia: 298 mm Curve: A Impeller: 4249 Specific Speeds: nq: --S: --- Dimensions: Suction: 2 mm Discharge: 2 mm Head: 31 m Near miss: 2 % of Head Fluid: Water Density: kg/m³ Viscosity:.3227 cp Temperature: 85 C Vapor pressure:.5788 bar a Atm pressure: 1.14 bar a NPSHa: --- Pump Limits: Motor: Temperature: 12 C Pressure: 1 bar g Sphere size: --- Power: --Eye area: --- Standard: IEC Enclosure: TEFC Size: 55 kw Speed: 18 Frame: 25S Sizing criteria: Max Power on Design Curve ---- Data Point m³/hr Head: 31.9 m Eff: 71% Power: 49.6 kw NPSHr: 6.4 m mm Shutoff head: 42.1 m Shutoff dp: 3.99 bar Min flow: 77.1 m³/hr BEP: Head - m ---- Design Curve m³/hr NOL power: m³/hr 298 mm mm % - Efficiency Flow: Max Curve -- 2 Max power: m³/hr 2 1 NPSHr - m Power - kw 5 5 m³/hr Performance Evaluation: Flow m³/hr Speed rpm Head m Efficiency % Power kw NPSHr m PUMP-FLO Selected from catalog: iron-6 Vers: 8.8

52

53

54

55

56

57 Bilag Rådata DATO TEMP ME UD 85 ME BEL14 Kw T/C 22 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER /LO COOLER LO LO 67 HEAT EXCHANGER 8 HW HW 76 MOTOR 91% % 1 CHARGE AIR COOLER LUFT LUFT DATO TEMP ME UD PC ECR AFLÆST VED PUMPE -17 køler køler boiler rum boiler rum ved PLC P 2.9 P gennemsnit ECR ME BEL 7 Kw -92 T/C 192 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER /LO COOLER PC ECR P 3 P Højeste bruges

58 Bilag Rådata.1 38 LO LO 56 HEAT EXCHANGER HW HW MOTOR 91% % 1 CHARGE AIR COOLER LUFT LUFT AFLÆST VED PUMPE -6 køler køler boiler rum boiler rum ved PLC ECR DATO SPEED TEST TEMP ME UD 94.5 ME BEL Kw T/C 29 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER /LO COOLER.1 4 LO LO 71 HEAT EXCHANGER 9 HW HW 76 MOTOR 91% % 1 CHARGE AIR COOLER LUFT PC ECR AFLÆST VED PUMPE køler køler boiler rum boiler rum ved PLC P 3 P 3 gennemsnit

59 Bilag Rådata LUFT DATO TEMP ME UD ME BEL ECR Kw -196 T/C 21 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER /LO COOLER LO LO HEAT EXCHANGER HW HW MOTOR 91% 2 CHARGE AIR COOLER LUFT LUFT PC ECR AFLÆST VED PUMPE køler køler boiler rum boiler rum ved PLC P 3 P højest bruges DATO SPEED TEST TEMP ME UD 85 ME BEL 1.6 ECR Kw -1 T/C 25 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER PC ECR P 3 P 3 gennemsnit

60 Bilag Rådata /LO COOLER LO LO HEAT EXCHANGER HW HW MOTOR 91% 1 CHARGE AIR COOLER LUFT LUFT AFLÆST VED PUMPE køler køler boiler rum boiler rum ved PLC DATO SPEED TEST TEMP ME UD 85 ME BEL ECR Kw -95 T/C 22 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER /LO COOLER LO LO HEAT EXCHANGER HW HW MOTOR 91% 2 CHARGE AIR COOLER PC ECR AFLÆST VED PUMPE køler køler køler køler boilerrum P 3 P 3 gennemsnit

61 Bilag Rådata LUFT LUFT 139 DATO DP2 TEMP ME UD ECR ME BEL Kw T/C 21 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER /LO COOLER LO LO HEAT EXCHANGER HW HW MOTOR 91% 1 CHARGE AIR COOLER LUFT LUFT PC ECR AFLÆST VED PUMPE køler køler boiler rum boiler rum ved PLC P 3.1 P gennemsnit ECR DATO en sw pumpe drifting TEMP ME UD 84 ME BEL Kw -96 T/C 185 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER P 2.95 P

62 Bilag Rådata /LO COOLER LO LO HEAT EXCHANGER HW HW MOTOR 91% 1 CHARGE AIR COOLER LUFT LUFT PC ECR AFLÆST VED PUMPE køler køler BYPASS!!!!! boiler rum boiler rum ved PLC gennemsnit målt med laser 1 målt med laser ECR -7 DATO DP2 to pumper i drift suction LOW TEMP ME UD ME BEL Kw T/C 21 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER /LO COOLER LO LO HEAT EXCHANGER HW HW MOTOR PC ECR AFLÆST VED PUMPE køler køler BYPASS!!!!! boiler ru Køre med ME4 Heat Rec boiler rum ved PLC P 2.85 P 2.85 gennemsnit

63 Bilag Rådata CHARGE AIR COOLER LUFT LUFT DATO en sw pumpe DP2 TEMP ME UD ME BEL målt med laser målt med laser ECR Kw -94 T/C 235 delta T delta P M flow / COOLER / COOLER /LO COOLER LO LO HEAT EXCHANGER HW HW MOTOR 1 CHARGE AIR COOLER LUFT LUFT PC ECR AFLÆST VED PUMPE køler køler BYPASS!!!!! ved FWG målt med laser P 2.85 P 2.85 gennemsnit målt med laser ECR

64 Bilag Rådata dato P køler T/C T/C P køler T/C dato P køler T/C T/C P køler T/C

65 Bilag Rådata dato P køler T/C T/C P køler T/C dato P køler T/C T/C P køler T/C

66 Bilag Rådata dato P køler T/C T/C P køler T/C dato Dag P køler T/C T/C P køler T/C

67 Bilag Rådata P køler T/C

68 Bilag rådata2 Dato Drift DP2 T/C 22 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR Dato Drift DP2 T/C 21 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR Dato Drift DP2 T/C 25 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T M M gennemsnit Gennemsnit M LO P køler

69 Bilag rådata2 HW AIR Dato Drift DP2 T/C 185 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR Dato Drift DP2 T/C 19 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR Dato Drift DP2 T/C 185 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T M M P køler P køler

70 Bilag rådata LO HW AIR gennemsnit Gennemsnit M Dato Drift DP2 T/C 21 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR Dato Drift DP2 T/C 215 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR P køler P køler

71 Bilag rådata Dato Drift DP2 T/C 21 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR Dato Drift DP2 T/C 21 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR Dato Drift DP2 T/C 185 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T M M LO P køler P køler Gennemsnit M gennemsnit P

72 Bilag rådata HW AIR Dato Drift DP2 T/C 18 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR NOT RUNNING Dato Drift DP2 T/C 22 T1 T2 P1.9 P #WERT! DEA P DEA T LO HW AIR Dato Drift DP2 T/C 215 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler

73 Bilag rådata LO HW NOT RUNNING AIR Dato Drift DP2 T/C 18 T1 T2 P LO HW AIR T T P2 OFB Consume TK heating Air cond MDO sep. T P #WERT! DEA P DEA T P SP LOW SP HIGH OFB Count T FWG HW 3.5 M M gennemsnit Gennemsnit M P P2

74 Bilag rådata2 Dato Drift DP2 T/C 18 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR FWG kører ikke T1 HW OFB T P P2 SP LOW SP HIGH OFB Count kører ikke Consume TK heating Air cond. MDO sep. T1 78 T P1 P2 Dato Drift DP2 T/C 25 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler M M gennemsnit Gennemsnit M LO

75 Bilag rådata2 HW AIR T1 T FWG P1 P2 HW OFB SP LOW SP HIGH OFB Count 1213 Consume TK heating Air cond. MDO sep. T1 81 T2 8 P1 P2 83 Dato Drift DP2 T/C 185 T1 T2 P1 P2 DEA P DEA T P køler M M gennemsnit Gennemsnit M LO HW AIR T T FWG HW OFB P SP LOW SP HIGH OFB Count FW P2und Count

76 Bilag rådata2 OFB kører men starter ved 6 Consume TK heating Air cond MDO sep. T T P1 P2 Boiler 6 cirkulation

77 Bilag rådata2 Dato P køler T/C T/C Dag T/C P køler T/C P køler 1 5 Dato P køler 5 T/C 1 T/C 15 Dag 2 T/C P køler

78 Bilag rådata T/C P køler 1 5 Dato sum gennemsnit P køler