Bachelorprojekt. ENERGIOPTIMERING TORM LENE Udarbejdet af Magnus Bang Studienr. V10884 December 2015

Transkript

1 Bachelorprojekt ENERGIOPTIMERING TORM LENE Udarbejdet af Magnus Bang Studienr. V10884 December 2015

2 Titelblad Titel: Energioptimering - Torm Lene Projekt Type: Bachelorprojekt BA 2015E Forfatter: Magnus Bang Studienummer: V10884 Projektperiode: 9. semester Skole: AAMS - Aarhus Maskinmesterskole Afleveringsdato: 14. december 2015 Forsideillustration: Eget arkiv Normalsider: 38,8 normalsider Sideantal: 75 sider Vejleder: Flemming Hauge Pedersen Side 1 December 2015 Magnus Bang

3 Abstract This project is the finale result of the bachelor semester on Aarhus School of Marine and Technical Engineering on 9 th semester. The project is based on a 10 week internship onboard the product tanker Torm Lene. The report will cover an analysis of the fuel consumers- and the various operations regarding anchor, port and sailing operations onboard Torm Lene in year The analysis should raise the question whether it is possible to achieve a financial saving by using marine gas oil in anchor and port stays. The report will contain a solution on how to reduce the consumption of fuel. In connection to this, a reduction of the operation hours at the oil-fired boiler is necessary. Furthermore, the fuel consumers will always be running on marine gas oil (MGO) during anchor and port operations. When the main engine is running on Heavy Fuel Oil (HFO) it is conditioned by, that the oil-fired boiler is started up 24 hours before. To reduce the operation hours of the oil-fired boiler in anchor and port operations, it is necessary to replace the steam consumers. This is done by replacing the purifier with a lube oil filter system to the auxiliary engines. In corporation with a company called GreenOil, I have done the necessary calculations to find a solution to the problem. Another stem consumer in anchor and port operations is the main engine HT-water preheating. The project will take care of two different types of solutions, an electrical preheater to the main engine HT water and a solution on how to use the waste energy from the HT water from the auxiliary engines. Both systems is calculated and described. The project will furthermore contain two business cases to calculate the annual profit and the payback for the solutions. Side 2 December 2015 Magnus Bang

4 Læsevejledning Dette bachelorprojekt henvender sig primært til maskinmestre og maskinmesterstuderende men også til fagfolk med interesse for energioptimering. Igennem projektet forventes det, at læseren har indsigt i - og kendskab til de forskellige systemer til søs. I dette projekt har jeg valgt, at benytte Harvard-metoden til henvisning af kilder. Harvard metoden fungerer ved, at der inde i teksten, i en parentes, skrives forfatternavn eller organisation efterfulgt af et årstal. Kildehenvisningerne findes ved at gå om i afsnittet Bibliografi, som er under kapitel 18. I afsnittet bibliografi, vil kildehenvisningerne stå i alfabetisk rækkefølge. Derudover henvises der til forskellige Excel dokumenter, som kan downloades ved et tryk på hyperlinket. Jeg har uploadet forskellige dokumenter på Google Drev, dokumenterne er enten udført ombord på Torm Lene, eller specialtilbud som jeg har fremskaffet igennem projektet. Henvisningerne til drevet vil også blive vist med Havard-metoden. Eks. (Bang, Drev, 2015). Der vil igennem rapporten benyttes maritime udtryk og forkortelser. De steder hvor dollars nævnes igennem projektet, skal det forstås som amerikanske dollars. Kilderne til dette projekt kan være egne observationer, indsamlet data, tekniske artikler, samt dokumentation fra skibet så som datalog og maskinmanualer. I projektet, hvor der henvises til egne billeder eller tabeller, vil der ikke være angivet en kilde. Side 3 December 2015 Magnus Bang

5 Indholdsfortegnelse 1. Titelblad 1 2. Abstract 2 3. Læsevejledning 3 4. Forord 7 5. Indledning 8 Formål 8 Virksomhedsprofil 8 TORM A/S 8 TORM Lene 9 6. Problemformulering 10 Problemanalyse 10 Problemformulering 11 Metode 11 Afgrænsning Anlægsanalyse 13 Driftsoperationer Forbrugerne 14 Hovedmotor (ME) 14 Kedlens opbygning 15 Hjælpemotorerne (AE) 17 Inert Gas generator (IGG) 20 Incinerator 20 Samlet brændstofforbrug Skibets drift ved anker- og i havneoperationer 21 Ankeroperationer 21 Havne operationer 22 Test for hjælpemotorerne Miljø 23 SO x kravet (SECA) 24 NO x kravet (NECA) 24 Partikler 25 Rederens synspunkt 25 Torm Lene i ECA Bunkerpriser 27 Bunkerolie 27 Torm Lene brændstof Smøreolie 29 Hjælpemotorens smøreolie 29 Hjælpemotorens smøreoliecentrifuge 30 Side 4 December 2015 Magnus Bang

6 Centrifugens opbygning og virkemåde 31 Smøreolieanalyse 32 Hovedmotorens offline filter Den konkrete problemstilling 37 Implementering af offline filtre frem for centrifuger 37 Energiforbrug til smøreoliecentrifuges dampforvarmer (AE) 37 Offline filter 38 Valg af filtertype 39 Installation af filter 39 Pris for Offline filter 40 Løsningsforslag til opvarmning af hovedmotoren 41 Dimensionering af forvarmer til hovedmotoren 41 Test forvarmer 41 Dimensionering elektrisk forvarmer 44 Hjælpemotorenes kølevand til opvarmning af hovedmotoren 45 Valg af varmeveksler samt beregninger 49 Varmeveksler indkøb Anker- og havneoperationer uden kedeldrift 52 Brændstofbesparelse kedel 52 Brændstofforbrug på hjælpemotorerne ved omskiftning til MGO Business case 1 og 2 56 Business case 1 56 Årlig omkostning til smøreolie centrifuge 56 Årlig omkostning for GreenOil filteret 57 Årlig omkostning til den oliefyrede kedel 57 Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring 58 Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring 58 Opsummering 59 Tilbagebetalingstid 60 Business case 2 61 Årlig omkostning til smøreolie centrifuge 61 Årlig omkostning til den oliefyrede kedel før- og efter driftsændring 61 Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring 62 Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring 62 Opsummering 62 Tilbagebetalingstid Analyse af målinger og måleinstrumenter 64 KWh-måling på hjælpemotorerne 64 Måleudstyret 64 Målmetoder 65 Reliabilitet og validitet af målingerne 65 Flow måling 65 Aflæsning af flow på smøreoliecentrifuge 65 Side 5 December 2015 Magnus Bang

7 HT forvarmer flow 65 Reliabilitet og validitet af flow målingerne 65 Temperaturmåling 66 Aflæsning af temperatur på smøreoliecentrifuge 66 Aflæsning af temperatur HT hovedmotor 66 Aflæsning af temperatur på hjælpemotorsmøreolie 66 Fejlkilder ved IR måling 66 Reliabilitet og validitet af temperatur målingerne 66 Smøreoliemåling 67 Smøreolieprøver på hjælpemotor 67 Smøreolieprøver på hovedmotor 67 Reliabilitet og validitet af målingerne Konklusion Perspektivering Bibliografi 71 Side 6 December 2015 Magnus Bang

8 Forord Baggrunden for dette bachelorprojekt, er at jeg som studerende på Aarhus Maskinmesterskole skal afslutte maskinmester uddannelsen 9. semester. Bachelorprojektet er udarbejdet i perioden fra udgangen af september 2015 til december 2015 og tager udgangspunkt i energioptimering på Torm Lene. Semesteret indebærer, at man skal gennemføre et praktikforløb og herefter udarbejde et projekt. Jeg har gennemført mit praktikforløb i perioden fra den 4 juli 2015 til den 11 september 2015, hvor jeg har indgået i den daglige drift i maskinrummet. Min baggrund og motivation for dette projekts problemstilling er, at der ombord var meget fokus på energibesparelse. Dette medførte en vis undren og interesse for, at finde en kilde som kunne give en forhåbentlig stor energi besparelse. Derudover så jeg det også relevant at imødekomme IMO s krav omkring SOx udledning. Jeg vil gerne benytte dette forord til at takke en række personer, som har været behjælpelige med at svare på tekniske spørgsmål samt give tilbud på forskellige komponenter igennem projektet. Rasmus Hoffman (Maskinchef Torm Lene) Tomas Skjærris (Maskinmester, sælger - GreenOil) Jeppe Malmmose (Sælger - Alfa Laval) Erik Nielsen (Sælger Christian Berner A/S) Flemming Hauge Pedersen (Lektor, vejleder - AAMS) Side 7 December 2015 Magnus Bang

9 Indledning Formål Projektets formål i uddannelsesforløbet er, at opfylde kravene i undervisningsplanen for 9. Semester. Herunder skal den studerende lære at arbejde udviklingsorienteret, med planlægning og gennemførsel af et projekt. Der skal under bachelorprojektet drages sammenhænge imellem den tilegnet teori fra de foregående semestre og en praktisk problemstilling. Derudover skal der under projektarbejdet tilegnes en særlig indsigt i et konkret emne eller et problem ved at indsamle data. Som følge heraf skal der forekomme en analyse og til sidst forholde sig kritisk til dette. Ydermere henvises der til Aarhus Maskinmesterskoles kvalitetssystemet dokument nr Virksomhedsprofil TORM A/S Torm blev grundlagt tilbage i 1889 af Ditlev Torm (kaptajn) og Christian Schmiegelow. Efter 10 år voksede flåden med 4 skibe. Årene derefter voksede flåden hurtigt og blev i 1905 noteret på den Københavnske Fondsbørs. I 1907 dør Ditlev Torm. Torm flåden forsætter med Christian Schmiegelow som direktør. De efterfølgende år udvider Torm fragtområderne og i slutningen af 10 erne fragter de internationalt. I 1933 får Torm det første motordrevet fragtskib. Under anden verdenskrig går det hårdt ud over Torm flåden og de mister i alt 41 søfolk og 13 skibe. De efterfølgende år vokser flåden stadig, men da oliekrisen rammer Danmark, får det Torm til at sælge de uøkonomiske gamle skibe og fyre 25% af søfolkene. I 80 erne efter krisen begyndte man at sætte fokus på miljø, og herefter får Torm leveret dobbeltskrovet skibe fremadrettet. (Børsen, nd) Torm vokser kraftigt i de efterfølgende år, men i år 2008 reduceres det i takt med den økonomiske krise vi kender fra i dag. Torm har efterfølgende solgt en del af flåden, og ændret ledelsen radikalt. Torm er i dag én af verdens største transportører af alle former for raffineret olieprodukter, og har derudover også småaktiver i tørlastmarkedet. Flåden består af 78 produkttankskibe i en størrelse fra DWT og to tørlastskibe. Torm har aktiviteter i hele verdenen og har hovedkontor i Hellerup (København). Side 8 December 2015 Magnus Bang

10 TORM Lene Torm Lene er ét Torm flådens danske skibe. Skibet er bygget på Guangzhou-værftet (Kina) i år Det er et olie- og kemikalietankskib, som har en Gross Tonnage på og en dødvægt på tons. (Marine Traffic, 2015) Torm Lene sejler trampfart, dvs. at skibet ikke har nogen fast rute, men chartres for en rejse af gangen. Igennem min praktikperiode sejlede Torm Lene fra Spanien til Brasilien. Herefter var Torm Lene charteret til et par laste på Brasiliens østkyst og endte så turen i New York (USA). Fra dag et var der fokus på energioptimering ombord, og i den forbindelse fandt det mig naturligt at nedbringe driftstimerne på kedlen ombord på Torm Lene og dermed reducere det årlige brændstofforbrug. Side 9 December 2015 Magnus Bang

11 Problemformulering Problemanalyse Skibsfart er en meget vigtig transportkilde for, at få gang i den internationale handel. Lige nu udgør den omkring 90% af alt varetransport globalt set. Sammenlignes andre former for transport, som f.eks. tog- og lastbilstransport med fragtskibe, udleder skibsfarten væsentligt mindre CO2. Ser man på udledning af Svovldioxid-, kvælstofdioxid- og partikeludledning er skibsfart én af de værste synder. Dette skyldes til dels, at man i skibsfart i størstedelen af tiden benytter affaldsprodukterne fra raffinaderierne til brændsel i form af Heavy Fuel Oil (HFO). Derudover er størstedelen af alle skibene til søs ikke installeret med nogen form for røggasrensning. (Det Økologiske Råd, 2011) Størstedelen af alle skibe, inkl. Torm Lene, benytter en bunkerolie med et svovlindhold helt op til 3,5%, hvilket påvirker miljøet negativt. I fremtiden vil svovlindholdet uden for ECA blive reduceret væsentligt til 0,5%. Derudover vil ECA spektret i fremtiden blive udvidet, hvilket vil betyde at chancerne for at ligge til anker, eller at man er i havn i ECA, vil være større. En løsning på dette problem kunne bestå i, at nedsætte brændolieforbrug samt ændre skibenes nuværende brændstof til et produkt, som var renere f.eks. Marine Gas Oil (MGO). Da omkostningerne i indkøb af MGO frem for HFO ikke er det samme, finder jeg det interessant at undersøge om, der ikke kunne være en anden fortjeneste ved denne omskiftning. Projektet tager udgangspunkt i skibet ved anker- og i havneoperationer. I forbindelse med MGO drift i anker- og havneoperationer, er der en væsentlig besparelse, som kan opveje meromkostningen ved MGO drift frem for HFO drift. Denne besparelse ligger i at stoppe den oliefyrede kedel, da MGO ikke skal opvarmes. Derudover vil jeg se på, hvad det vil have af betydning for flåden og hvilke ændringer, der skal ske ombord, før dette kan lade sig gøre. Jeg vil herunder dimensionere en elektrisk forvarmer til hovedmotoren og komme med et løsningsforslag til typen. Jeg vil ydermere redegøre for, om der er tilstrækkeligt med energi til rådighed i hjælpemotorens HT-kølevand og om dette kunne bruges til opvarmning af hovedmotoren i stedet for den elektriske forvarmer. Et andet væsentligt punkt, som jeg vil gå i dybden med, er smøreolien ombord. Dette er væsentligt, i og med at dampen ikke er til rådighed, når kedlen er stoppet. Der vil her klarlægges om en filtererstatning vil være mulig. Side 10 December 2015 Magnus Bang

12 Jeg vil belyse udfordringerne ved at holde HFO servicetanken varm samt skibets øvrige tanke og udarbejde en løsningsmodel til dette. Til sidst vil jeg udføre to business cases, som skal belyse driftsændringen og om det er økonomisk rentabelt for Torm at ændre driften på Torm Lene. Problemformulering På baggrund af ovenstående problemanalyse, er der udarbejdet følgende problemstilling: Hvordan er det muligt at opnå en økonomisk besparelse ombord på Torm Lene ved at benytte MGO i anker- og havneoperationer? Herunder kan hovedspørgsmålet opdeles til følgende underspørgsmål: Hvordan er det muligt at stoppe kedlen i ankeroperationer, og når Torm Lene er i havn? Hvordan skal hovedmotoren i stilstand holdes varm uden brug af damp fra kedlen? Hvordan opretholder vi en god stabil smøreolie ombord uden brug af damp fra den oliefyrede kedel? Hvilken økonomisk betydning ville driftsændringen have for Torm Lene? Metode For at opnå overblik over skibet anvendes der tekniske tegninger og diagrammer. Jeg har igennem min praktik på 2,5 mdr., været en del af den daglige drift ombord på Torm Lene. Derudover har jeg udført interview med maskinchefen ombord, vedrørende implementering og drift af offline filteret til hovedmotoren. Under praktikperioden har jeg tilegnet mig viden inden for meget af maskineriet ombord. Igennem projektet bliver der redegjort for systemer, der kan undlades ved MGO drift og hvilke systemer, der skal investeres i for at driftsændringen kan ske. Jeg har i den forbindelse fremskaffet data og dokumentation omkring offline filtre, der skal erstatte hjælpemotorenes smøreoliecentrifugen. Dokumentationen er fremskaffet i forbindelse med et virksomhedsbesøg samt personligt interview med maskinmester Tomas Skærris fra virksomheden GreenOil. For at klarlægge en mulig opvarmningskilde til hovedmotoren i stilstand, har jeg udført flere test på hovedmotoren for at finde varmebehovet. Derudover har jeg haft kontakt med firmaet Christian Berner A/S, som har udført et tilbudt vedrørende en elektrisk forvarmer til hovedmotoren. I projektet er der ydermere redegjort for om varmebehovet fra hjælpemotorerne er en mulig opvarmningskilde til hovedmotoren. Side 11 December 2015 Magnus Bang

13 Der vil i de kommende afsnit også være en beskrivelse af den eller de anvendte metoder samt reliabiliteten og validiteten af målingerne, der er foretaget. Jeg forventer ud fra den viden, som jeg har tilegnet mig på skolen, at kunne finde frem til en løsning, som vil have indflydelse på brændstofforbruget på Torm Lene og evt. også inspirere Torm flådens andre skibe. Afgrænsning Der vil igennem dette projekt udelukkende fokuseres på Torm Lene, når det ligger for anker eller er i havn. Der er ikke taget højde for operationer, hvor skibet er nødsaget til at varme på lasten. Der vil heller ikke tages højde for omgivelses temperaturen på Torm Lene, hvilket også har stor indflydelse på dimensionering af el forvarmeren til hovedmotoren. Lovgivning og garanti aspekter vedrørende ændringer ombord på Torm Lene, vil heller ikke være en del af projektet. Jeg har ydermere valgt at afgrænse mig fra andre rensningsmetoder til reducering af SOx, NOx og partikeludledning i røggassen. Side 12 December 2015 Magnus Bang

14 Anlægsanalyse Der vil i dette kapitel blive beskrevet, hvordan Torm Lene er opbygget, og hvorledes brændstoffet forbruget er fordelt imellem de forskellige systemer. Forbruget på de forskellige systemer tager udgangspunkt fra den 1. januar 2015 til den 6. september Dette er for at klarlægge, hvor det er muligt at få en brændstofbesparelse og samtidig fastlægge skibets driftsoperationer for år Derudover tager hjælpemotorernes brændstofforbrug udgangspunkt i fire test, der er udført i perioden fra den 28. februar 2015 til den 25. april Beregningerne for olieforbruget taget udgangspunkt i Voyage and Oil Report (se hyperlink). Driftsoperationer 2015 Jeg har igennem dette projekt opdelt Torm Lene til, at kunne befinde sig i tre forskellige driftsoperationer. Driftsoperationerne har betydning for belastningen på nettet og dermed brændstofforbruget på hjælpemotorerne. Derudover har det betydning for brændolieforbrug på skibets øvrige forbrugere. Ankeroperation dækker over det scenarie, hvor Torm Lene ligger for anker eller driver. Når skibet er i havn, laster eller losser skibet som regel. Dog kan der være undtagelser, f.eks. hvis skibet skal i dok, eller hvis skibet venter på at laste eller losse. Den sidste operation som skibet kan være udsat for, er når skibet sejler. Her kan Torm Lene være lastet forskelligt eller sejle i ballast. Dette har betydning for brændstofforbruget på hovedmotoren. Ud fra skemaet har jeg klarlagt nedenfor, hvor meget af tiden Torm Lene ligger for anker, er i havn eller sejler. Torm Lene ,5% 24,1% 49,4% Sejler Anker Port Figur 1 (Bang, Drev 1, 2015) Grafen viser, at Torm Lene har ligget for anker i ca. 27% af tiden. Derudover har Torm Lene ca. 49% af tiden sejlet og de resterende 24% af tiden har skibet været i havn (port). Side 13 December 2015 Magnus Bang

15 Forbrugerne På Torm Lene bliver der i størstedelen af tiden benyttet en Heavy Fuel Oil (HFO), men i ECA områder går man over på en Marine Gasoline Oil (MGO). Årsagen til dette skyldes, at svovlindholdet i HFO er for højt. Jeg har nedenfor vist de fire største forbrugere og efterfølgende beskrevet dem. Brændstof forbrug ME AE Kedel IGG incenerator 1% 16% 6% 77% Figur 2 Brændstof forbrug 2015 (Bang, Drev 1, 2015) Hovedmotor (ME) Hovedmotoren på Torm Lene er den største forbruger ombord. Den er af mærket Sulzer RTflex50. Det karakteristiske ved denne motor er, at det er en 2 taks krydshovedmotor, hvilket vil sige at den har en forbrændingsproces for hver omdrejning den tager. Derudover er den udstyret med et commonrail brændstofindsprøjtningssystem, hvilket gør motoren mere økonomisk, i forhold til en RTA motor med et traditionelt indsprøjtningssystem (Kuiken, 2012). Hovedmotorens opgave er at omsætte en tilført energi, i form af brændstof til rotationsenergi på drivakselen og videre ud til propellen. Propellen er en kontrollerbar pitch propel (CPP). Idéen med CPP er, at man ikke behøver at vende rotationsretningen på hovedmotoren, hvis man ønsker at sejle agter med skibet. Dette gør skibet mere manøvredygtigt i forhold til skibe med en traditionel fast propel (Kuiken, 2012). Derudover er der installeret en udstødningskedel af mærket Green Shazhou GFL 160-0,7. Waste Heat Side 14 December 2015 Magnus Bang

16 recovery systemet er monteret efter turboladeren, og kan sammenlignes med en traditionel varmeveksler. Udstødningsgassen opvarmer vandet som bliver transporteret via en fødepumpe. Udstødningskedlen har separate fødepumper, der er placeret i bunden af skibet og har sug fra kaskadetanken. Pumperne er on/off styret dvs. at de starter og stopper efter et ønsket niveau i udstødningskedlen. Hvor stor effekt der bliver overført til vandet, afhænger af flere faktorer. Én af dem er mængden af energi, der bliver overført til røggassen. I takt med at lasten øges på motoren, vil mængden af røggas stige. En anden faktor er varmetransmissionen fra røggassen til vandet. Kedlen er udstyret med en dumpventil, der åbner op, hvis trykket bliver for højt i udstødningskedlen. Dette sker, hvis dampforbruget ud til forbrugerne er mindre end den afgivne effekt fra kedlen. Efter at have studeret udstødningskedlen producerer den så meget damp af dumpventilen stort set er fuldt åbent hele tiden. Fra dumpventilen føres dampen ned til en kondensator som er kølet med LT-kølevand. Efter kondenseringen føres kedelvandet tilbage til kaskadetanken. For at undgå at dumpventilen er åben hele tiden, forsøger man i praksis at åbne til flere forbrugere så energien ikke bare går til spilde. Udstødningskedlen er kun til rådighed når hovedmotoren er i drift. I laste- og i ankeroperationer hvor hovedmotoren er stoppet, benytter man en oliefyrede kedel til opvarmning af tanke, opvarmning af hovedmotor, HFO forvarmere og centrifuge forvarmere. I gennemsnit har hovedmotor på Torm Lene i perioden fra januar 2015 til september 2015 et brændstofforbrug på ca. 23,5t/døgn (Bang, Drev 1, 2015). En mulighed for at sænke brændstofforbruget på hovedmotoren er ved, at sænke omdrejningstallet på motoren og dermed nedbringe den en effektive effekt. Dette vises i propellerloven nedenfor (MAN Diesel & Turbo, 2011) P B = k n 3 Kedlens opbygning Kedlen ombord på Torm Lene er af mærket Green Power/ZGS DF 20/7. Den har en max damp ydelse på kg/h og er trykprøvet til 13,5 bar. Kedlen er en dampkedel med vertikal cylindrisk fordamperrør, som er placeret i ydrekanten af kedlen. Fordamperrørene er svejst sammen og danner hermed en membranvæg omkring forbrændingskammeret. Derudover er de sammensvejst med underbeholderen og overbeholderen. Faldrørene er placeret uden for rammen af fordamperrørene, men de er stadig skjult af kedelbeklædningen. I overbeholderen er der udført et hul i midten som forsætter ned til underbeholderen. Dette kaldes Side 15 December 2015 Magnus Bang

17 forbrændingskammeret. Brænderen er placeret i toppen af kedlen og forsætter ned igennem overbeholderen og ender i forbrændingskammeret. Kedlen har en pilotbrænder samt en hovedbrænder. Pilotbrænderen kører kun på MGO og benyttes til antændelse af hovedbrænderen. Hovedbrænderen kan fyres med HFO og MGO. Kedlen er udstyret med to fødepumper som kører kontinuerligt, og reguleres hvis vandniveauet er for lavet i kedlen. Årsagen til at de kører kontinuerligt, er fordi man ikke ønsker start og stop på sådan en størrelse pumpe hele tiden. Derudover er det også muligt at styre damptrykket i kedlen, hvilket gøres med den indfyrede brændselsolie. Reguleringen kan foregå på to forskellige måder: Low fire og Auto. Low fire anvendes, hvis det aktuelle dampforbrug er mindre end den indfyrede oliemængde. Dvs. hvis den indfyrede energimængde er større end den afgive energimængde. Auto funktionen anvendes, hvis damforbruget er større end den indfyrede oliemængde. Altså det modsatte af low fire. Funktionerne er styret af en damptryktransmitter som sender et signal til PID regulatoren der sammenholder, hvilken regulering maskinmesteren har valgt at benytte, altså Low fire eller Auto. (Kvist automation, 2013) Det er muligt at styre kedlen fra panelet i ECR eller på panelet ved siden af kedlen. Den oliefyrede kedel har til formål at opvarme de forskellige forbrugere i laste og ankeroperationer. Dog er der en undtagelse, hvis skibet er lastet med en last, der kræver opvarmning. Ifølge besætningen ombord er dette sjældent og igennem perioden fra den 1. januar 2015 og frem til den 6. september, har skibet opvarmet på tre laste i en periode på 29 dage. (Torm, 2015) Jeg har nedenfor vist kedlens opbygning fra kontrolpanelet, der er lavet af Kvist automation. Figur 3 Kedelopbygning - Torm Lene (Eget arkiv) Side 16 December 2015 Magnus Bang

18 t/døgn brændolie Nedenfor har jeg vist, hvad kedlen i gennemsnit bruger af brændstof i de forskellige operationer. Årsagen til at brændstofforbruget på kedlen er til stede når skibet sejler, er på grund af den før omtalte periode, hvor man var nødsaget til at opvarme på lasten. Her har udstødningskedel ikke kunne følge med og den oliefyrede kedel har derfor hjulet til i perioden. (Bang, Drev 4, 2015) Brændolieforbrug Kedel ,60 1,40 1,20 1,35 1,21 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 0,41 Sejler Anker Port Operationer Serie1 Figur 4 Brændstofforbrug kedel ombord på Torm Lene 2015 (Bang, Drev 1, 2015) Hjælpemotorerne (AE) Elektriciteten på Torm Lene kan leveres af fire hjælpemotorer, der hver især har en max effekt på 790kW. Generatorerne er af fabrikant Wärtsilä type 790W6L20. Hver hjælpemotor består af en 6-cylindret rækkemotor, med en enkelt turbolader. Derudover er der tilkoblet en børsteløs generator til hver sæt. Omdrejningstallet på motoren er 900 omdr/min uanset belastningen på motoren. Sættet leverer en spænding på 440volt ved 60Hz. Hjælpemotorerne er alle 4 takts motorer, og klassificeres som en medium speed motor. (Wärtsila, 2006) Figur 5 Hjælpemotor - Torm Lene (Eget arkiv) Side 17 December 2015 Magnus Bang

19 specifik brændolieforbrug g/kwh Kølesystemet til motorerne er et lukket system, som er delt op i et HT- og et LTkølesystemsystem. Begge systemer bliver kølet af skibets centralkølere. Nedenfor ses kølesystemet for hjælpemotoren, Den grønne farve symboliserer LT-kølesystemet, mens den blå farve symboliserer HT-kølesystemet. Hvert system har en pumpe tilknyttet og en termostatstyret trevejsventil. Trevejsventilerne regulerer temperaturen i begge systemer, således, at den ønskede temperatur opretholdes. Figur 6 Hjælpemotor kølesystem (Wärtsila, 2006) Motorerne er forskelligt belastet afhængigt af, om skibet er ved at sejler, ligger for anker eller er i havn. Når Torm Lene er på søen, er forbruget af brændstof relativt stort på hjælpemotorerne. Normalt er der kun én hjælpemotor i drift. Dette betyder også, at det specifikke brændolieforbrug er lavest i dette senarie. (Bang, Drev 4, 2015) Årsagen til en høj belastning på nettet, imens Torm Lene sejler, skyldes at skibets hjælpeservicesystemer er i drift. Så snart skibet ligger for anker falder forbruget meget på hjælpemotorerne, dette er til dels fordi, at mange af hovedmotorens hjælpeservicesystemerne ikke er i drift i dette scenarie. I denne operation er der kun en hjælpemotor, som er i drift med en relativ lav belastning. Ud fra fabrikantens test rapport (Wärtsila, 2006), har jeg vist, hvordan sammenhænget imellem Brændstofforbrug ved forskellige lastområder belastning på motoren og det specifikke brændolieforbrug er. Grafen viser at det specifikke brændolieforbrug er væsentlig lavere i lastområdet fra ca. 500kW og op til fuldlast load kw Figur 7 Brændstofforbrug ved forskellige belastninger (Bang, Drev 7, 2015) Side 18 December 2015 Magnus Bang

20 (t/døgn) Dette betyder dog ikke at, hvis generatorerne er lastet mindre end 500kW, at man så skal skynde sig at få unødvendig last koblet på nettet. I havn laster eller losser man skibet som udgangspunkt. Dette har betydning for belastningen på hjælpemotorerne. Når skibet skal lastes, er belastningen på hjælpemotorerne relativt lavt, dette svarer stort set til det samme, som når skibet ligger for anker. I losse operationer benyttes skibets Marflex pumper til at drive cargo- og ballastpumper. Pumperne er elektrisk drevet og medfører derfor en større belastning på motoren og dermed et højere olieforbrug i denne lasteoperation. Som regel er der to til tre hjælpemotorer koblet på nettet. Det betyder så også i forhold til figur 7, at det specifikke brændolieforbrug falder og virkningsgraden på motoren vil stige. De fire hjælpemotorer kan styres manuelt eller ved hjælp af et system der hedder Power Mangement System (PMS). Dette system registrer, hvis der sker en øget belastning på nettet og giver så signal til den efterfølgende generator, der står i prioritet om at starte op og koble på nettet. Dette er yderst praktisk i losse operationer, hvor styrmændene starter og stopper for pumperne. Her vil PMS gå ind og starte og stoppe hjælpemotorerne afhængig af, om der er brug for dem eller ej. Nedenfor er der vist et diagram over brændstofforbruget i de fire forskellige ovenstående operationer. Værdierne betragtes værende repræsentative for skibet i de pågældende operationer. Brændstofforbruget er aflæst i Voyage and Oil Report Torm Lene (Torm, 2015), hvor jeg har fundet fire forskellige operationer hjælpemotorerne kan befinde sig i. Der henvises til det efterfølgende hyperlink for yderligere information samt beregninger til værdierne på grafen (Test på hjælpemotor Torm Lene) AE Brændstofforbrug 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 3,5 3 1,8 1,5 Lasteoperation Losseoperation Sejle Anker Operationer Figur 8 Hjælpemotorenes brændstofforbrug (Bang, Drev 8, 2015) Hjælpemotorenes brændstofforbrug (Bang, Drev 8, 2015) Side 19 December 2015 Magnus Bang

21 Inert Gas generator (IGG) Formålet med et Inert Gas Generatoren (IGG) er at producere en tilstrækkelige mængde inaktiv gas, hvor iltkoncentration i den produceret gas er tilstrækkelige lav. Dette er for at eliminere risikoen for brand og eksplosion i lasttankene. Ombord på Torm Lene er systemet lavet på samme måde som tegningen nedenfor. Brændslet IGG benytter er MGO. Den er primært i drift under losning og har derfor relativt få drifts timer om året, hvilket medfører et lille brændstof forbrug i sammenhæng med skibets andre forbrugere. Figur 9 Inert Gas System (Maritime Protection, Nd) Incinerator Incineratoren er en lille forbruger af brændstof (MGO), den må ikke anvendes i særlige områder i henhold til Marpol Annex 5. Den bliver benyttet til at brænde spilolie af og affaldsprodukter. Spilolien der afbrændes er olie fra HFO sludge tanken, derudover smøreolie sludge fra centrifugerne og til sidst olie fra dræntanken. Samlet brændstofforbrug Jeg har nedenfor opstillet, hvorledes at brændstofforbruget på Torm Lene er fordelt imellem forbrugerne. Alt data tager udgangspunkt i Torm Lenes - Voyage and Oil Report (Torm, 2015) Til højre i skemaet ses det gennemsnitlige olieforbrug i de forskellige operationer. Hovedmotor Kedel Hjælpemotor IGG (Tons/døgn) (Tons/døgn) (Tons/døgn) (Tons/døgn) Incinerator Samlet forbrug (Tons/døgn) (Tons/døgn) Sejler 23,58 0,41 2,72 0,12 0,01 26,84 Anker 0,00 1,35 1,78 0,05 0,00 3,18 Port 0,00 1,21 1,89 0,24 0,00 3,33 Figur 10 Gennemsnitlige brændstofforbrug på Torm Lene (Bang, Drev 1, 2015) Side 20 December 2015 Magnus Bang

22 Skibets drift ved anker- og i havneoperationer Der vil i dette afsnit blive beskrevet hvilke systemer, der er i drift under anker og i havne operationer. Ankeroperationer I ankeroperationer er hovedmotoren rigget af. Dette betyder bl.a. at der ikke bliver produceret damp fra udstødningskedel. Den oliefyrede kedel er derfor i drift for at dække skibets dampbehov. Derudover stopper man som regel også begge HFO centrifuger, da brændstofforbruget er relativt lavt i denne situation og servicetanken er fyldt op. I servicetanken er der en brændstofkapacitet på 40m 3 (Torm Lene, u.d.). I tilfælde af længere ankeroperationer og bufferen af HFO i servicetanken er ved at være brugt op, startes en af HFO centrifugerne op. I ankeroperationer er det samlede forbrug i gennemsnit ca. 3 tons/døgn (Se afsnit samlet brændstofforbrug). Dette betyder, at det ikke er nødvendigt at starte centrifugen op i ca. 13 dage, pga. bufferen på ca. 40 tons i servicetanken. Som udgangspunkt suger HFO centrifugen fra setlingstanken og leverer den rensede olie til servicetanken. Årsagen til at HFO centrifugen ikke er i drift hele tiden, er først og fremmest, at man kan sparer en del energi i form af damp til forvarmeren samt elektricitet fra tilhørende pumper og elmotorer. Et andet hjælpesystem der stoppes af, er smøreoliepumperne til hovedmotoren samt HT pumpen og LT pumperne. Kølebehovet falder væsentligt efter at hovedmotoren er rigget af. Man starter derfor en mindre LT pumpe for, at spare energi og stadig have en god køling til de forskellige systemer. Når hovedmotoren ikke er i drift, er der ikke behov for køling samt smøring på hovedmotoren. Derudover falder forbruget på kontrolluft, hvilket medfører at effektforbruget på startluftkompressorerne falder. Alt dette gør, at nettet som udgangspunkt er relativt lavt belastet, og at der kun er et generatorsæt i drift og koblet på nettet, når skibet ligger for anker. Hovedmotoren skal forvarmes, når den ikke er i drift, hvilket gøres for at undgå termiske spændinger ved opstart. Hvis ikke man forvarmer hovedmotoren, vil metallet trække sig sammen, når temperaturen falder på hovedmotoren. Dette kan medføre, at pakninger omkring cylinderne vil blive utætte, og der vil være risiko for lægkager. Wärtsilä anbefaler i servicemanualen, at hovedmotoren forvarmes til minimum 60. (WÄRTSILA, 2006). Igennem Side 21 December 2015 Magnus Bang

23 Gennemsnit forbrug kw min praktikperiode på Torm Lene oplevede jeg flere gange, at temperaturen var meget over grænseværdien. Dette er selvfølgelig ikke energibesparende og jeg vil senere i rapporten belyse dette. Havne operationer I dette afsnit vil der kun fokuseres på, når skibet losser. I laste operationer er hjælpemotorerne belastet på samme måde, som når skibet ligger for anker. I losse operationer er skibets hovedmotor rigget af og tilhørende hjælpeservicesystemer. Den største forskel på maskineriet i dette scenarie er, at man i losse operationer har en væsentlig større last på hjælpemotorerne og dermed et højere brændstofforbrug. Belastningen på nettet kan variere meget under losning, hvilket afhænger af pumpe kapaciteten samt modstanden i systemet ud til tanken i land. En anden faktor, der kan få belastningen til at falde på nettet er effektiviteten i land herunder pauser ved f.eks. omskiftning af tanke. Ved disse situationer stopper losningen fuldstændig og lasten på nettet falder markant. Inert Gas Generatoren er også i drift under losningen af en last og har også stor betydning for brændstofforbruget i sin helhed. Test for hjælpemotorerne Jeg har udført en række test på hjælpemotorerne, som værende repræsentativ for Torm Lene i anker-, laste- og losseoperation samt når hun sejler. Der henvises til det efterfølgende hyperlink for måleværdierne (Test på hjælpemotor Torm Lene) Målingerne tager udgangspunkt i kwh forbruget på hver generator. Værdierne er fundet i maskindagbogen, hvor de er udfyldt af den vagtgående maskinmester fra perioden fra den 28. februar 2015 til den 25. april Den gennemsnitlige belastning er herefter fundet for hver driftsoperation. For yderligere oplysninger omkring målingen henvises der til afsnit kwhmåling på hjælpemotorerne. AE Test Lasteoperation Losseoperation Sejle Anker Operationer Figur 11 Hjælpemotor belastning (Bang, Drev 9, 2015) Side 22 December 2015 Magnus Bang

24 Miljø Der vil i dette afsnit fokuseres på de skærpede miljøkrav, der ligger i vente for rederierne. Derudover vil der være en beskrivelse af, hvordan kravene til SOx og NOx udledning ser ud i fremtiden, samt en klarlægning af miljøzonerne i fremtiden. Igennem de seneste år er der sat fokus på nedbringelse af luftforurening fra skibe, i Skandinavien og i resten af verdenen. IMO er en underorganisation i FN som arbejder med at indføre standarder vedrørende søsikkerhed, navigation samt forureningsbeskyttelse og kontrol af disse. Inden for IMO er der en række komitéer, som tager sig af hvert sit område. En af komitéerne tager sig af miljøbeskyttelse, komitéen kaldes Marine Environment Protection Comimittee (MEPC). MARPOL konventionen er udarbejdet af MEPC, for at beskytte miljøet fra skibsforurening. Konventionen indeholder seks bilag, som hver beskriver kravene til skibene. I dette projekt vil der blive taget udgangspunkt i bilag VI Prevention of Air Pollution from Ships. Dette bilag blev først vedtaget i Det omhandler grænserne for udledning af svovldioxider og kvælstofdioxider samt partikeludledning fra skibe. MEPC har flere gange revideret dette bilag og gjort skærpelser på dette område. I de efterfølgende afsnit, vil svovldioxiderne benævnes SOX er og kvælstofdioxiderne vil benævnes NOX er. Emission Control Area (ECA) er nogle miljøzoner til søs, hvor der er skærpede krav til blandt andet SOx -, NOx - og partikeludledning. Nedenfor ses et billede, der viser de eksisterende miljøområder (mørkeblå) samt potentielle områder i fremtiden (lyseblå). På figuren nedenfor ser man tydeligt, at der i fremtiden forventes at være flere havne, hvor de skræppede krav er gældende mht. udledning. Figur 12 Eksisterende og Potentielle miljøzoner (DNV, 2011) Side 23 December 2015 Magnus Bang

25 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07 jan-08 jan-09 jan-10 jan-11 jan-12 jan-13 jan-14 jan-15 jan-16 jan-17 jan-18 jan-19 jan-20 jan-21 jan-22 Svovlindholdet i % SOx kravet (SECA) Til og med januar 2010 var kravet i SECA, at røggasen måtte indeholde 1% svovl. Dette blev reduceret i januar 2015 til 0,1%. SECA områderne strækker sig over alle ECA områderne som er vist på figuren ovenfor. Udenfor SECA områder, er grænseværdien reduceret fra 4,5% til 3,5% i år Der forventes i år 2020, at kravet yderligere bliver reduceret til 0.5%. Der er dog den undtagelse, at hvis der ikke er tilstrækkeligt med brændstof med et makimalt svovlindhold på 0,5%, vil reglen først træde i kraft i år (IMO, 2015) For at gøre det mere forståeligt, har jeg skitseret SOx kravet for skibene i fremtiden, og hvordan det har set ud før i tiden. 5,00% 4,50% 4,00% 3,50% 3,00% 2,50% 2,00% 1,50% 1,00% 0,50% 0,00% SO x kravet til skibe Inden for ECA Uden for ECA Figur 13 SOx krav til skibe (Bang, Drev 6, 2015) NOx kravet (NECA) Det andet krav der er blevet vedtaget hos MEPC, er udledningen af NOx emissioner. Kravene er vist på figur 14 nedenfor. Det effektive brændstofforbrug samt omdrejningstallet på motoren bestemmer Tier kravene. Det der afgør, hvor meget motoren må forurene mht. NOx er, tager udgangspunkt i skibets alder. Det betyder, at hvis skibet er bygget før januar 2011 må skibet forurene mere end, hvis skibet er bygget efter januar Dog er der lavet et krav omkring ældre skibsmotorer bygget imellem , at de skal opgraderes så de overholder Tier 1 kravet, hvis teknologien er tilgængelig. Tier kravene er kun gældende i NECAområder (NOx Emission Control Areas), som blandt andet er omkring den nordamerikanske og den amerikanske kyst. (Det Økologiske Råd, 2011) Side 24 December 2015 Magnus Bang

26 - Tier 1 kravet er for skibsmotorer over 130kW, installeret på skibe efter 1. januar Tier 2 er også for skibsmotorer over 130kW, installeret på skibe efter 1. januar Tier 3 er for skibsmotorer over 130kW, installeret på skibe efter 1. januar 2016 Figur 14 Tier kravene (Det Økologiske Råd, 2011) Partikler Ved at nedsætte SOx og NOx indholdet i røggassen, reducerer man også mængden af partikler i røggassen. Partiklerne bliver dannet fra SO2 og NOx som går i en kemisk rektion efter at røggassen bliver ledt ud i atmosfæren. Partiklerne er sundhedsskadelige og påvirker samtidig det globale miljø, da en del af partiklerne transporteres og binder sig til indlandsisen. Dette får indlandsisen til at skifte farve og dermed øger absorptionen af sollys og betyder hermed en forstærket issmeltningen samt temperaturstigning i de polare områder. (Det Økologiske Råd, 2011) Rederens synspunkt Alt dette har stor indflydelse på rederierne, da de er nødsaget til at sejle på MGO eller en raffineret brændolie med et svovlindhold, der er mindre end det tilladte i ECA. Derudover motiverer, NOx kravene rederierne til at benytte gamle skibe frem for nye skibe. Baggrunden for dette er, at forureningskravene er væsentlige lavere for de ældre skibe. Hvilket er en ond cirkel, da det i sidste ende også har økonomisk betydning for rederen, at benytte ineffektive gamle skibe. Derudover vil skærpelserne måske give bagslag globalt set, da skibenes levetid vil blive forlænget og stadig forurene meget mere end de nybyggede skibe. En anden mulighed er, at man selv begynder at rense røggassen ombord så svovlindholdet samt NOx indholdet bliver reduceret. Dette kan f.eks. gøres med et scrubber system eller ved hjælp af en SCR katalysator. Alt dette vil i sidste ende betyde en merudgift for rederen. Side 25 December 2015 Magnus Bang

27 Torm Lene i ECA Torm Lene har i perioden fra den 1. januar 2015 til den 6. september alt i alt haft 29 dage i ECA, hvor skibet har sejlet på MGO. Jeg har nedenfor opstillet i procent, hvor meget skibet i de forskellige operationer har været inden for ECA og udenfor. Her ses tydeligt at i størstedelen af havnene som Torm Lene har benyttet i år 2015 har skibet været i ECA. Havn uden for ECA; 10,6% Sejler i ECA; 1,8% Anker i ECA; 1,8% Havn i ECA, 13,5% Anker uden for ECA; 24,7% Sejer uden for ECA; 47,6% Figur 15 Torm Lene ECA & udenfor ECA (Bang, Drev 1, 2015) Torm har udført en procedure for at gå fra HFO til MGO i ECA. Før ankomst til ECA område, skal omskiftningstiden beregnes. Her regnes der på mængden af brændstof i systemet samt på tiden det tager, at køle rørsystemet ned før der skiftes over på MGO. I brændstofrørene befinder sig mindre en 0,5m 3 HFO. Når tiden er kommet til at man skal starte omskiftningen, ringes der til broen for at få den nøjagtige position. Alt bliver noteret i maskindagbogen. Cylindersmøreolien som er beregnet til HFO drift, pumpes fra servicetanken tilbage til opbevaringstanken. Herefter fyldes tanken med en cylindersmøreolie med en lavere TBN værdi. Viskositetsregulatoren indstilles til et setpunktet på 18 cst.. Motorens belastning reduceres til omkring 25-40% last. Dette gøres for at mindske risikoen for at brændstofventiler samt at brændstofpumper sætter sig. Der lukkes for damp til opvarmning af brændstoffet. Herefter åbnes der for dieselolie servicetanken og en trevejsventil ændres til hovedforsyning. Når viskositeten er faldet til omkring 6-8 cst. åbnes der for MGO køleren. Hjælpemotorerne og hovedmotoren vil nu køre på MGO. Kedlen har sit eget brændstofsystem, separat fra hjælpemotorerne og hovedmotoren. Det eneste man blot skal gøre her er, at fortælle kedlens kontrolpanel, at den skal benytte MGO. Side 26 December 2015 Magnus Bang

28 $/mt Bunkerpriser Igennem dette projekt er prisen for HFO- samt MGO brændsel væsentligt, da projektet primært beskæftiger sig med besparelse af brændstof. Jeg vil igennem det næste afsnit fokusere på oliepriser, da det har stor indflydelse på økonomien i løsningsforslaget senere i projektet. Bunkerolie Bunkerpriserne er hentet fra Bunkerworld.com. Priserne på HFO olien bliver dagligt indsamlet og tager udgangspunkt i tyve centrale bunkerhavne. Der oplyses via. hjemmesiden, at for at opnå en repræsentativ geografisk spredning, bliver havnen udvalgt efter størrelse og geografisk betydning. Kvaliteten på bunkerolie samt pris følges ad. Nedenfor vil jeg vise udviklingen på Intermediate Fuel Oil 380 (IFO380). IFO380 er en fuelolie med en viskositet på 380 cst. ved 50. Denne olie er en almindelig fuelolie, som oftest bliver benyttet i den maritime sektor. Herefter vil jeg vise udviklingen for bunker olie Low Sulper Marine Gasoline Oil (LSMGO), som har et svovlindhold på under 0,1%. Denne olie overholder 2015 ECA svovlgrænse og tager udgangspunkt i fjorten vigtige bunker havne, som er udvalgt efter størrelse og geografisk betydning. (BunkerWorld, 2015) 900 Brændstofpriser MGO $/mt HFO (380) $/mt Figur 16 HFO og MGO priser (Bang, Drev 11, 2015) Side 27 December 2015 Magnus Bang

29 Til alle beregningerne igennem projektet, hvor brændstofprisen har indflydelse, har jeg udarbejdet en gennemsnitlig værdi for de to forbrændingsolier. Gennemsnitsværdien løber fra januar 2015 til oktober Der henvises til den efterfølgende kilde for yderligere information. (Bang, Drev 11, 2015) HFO (380) = 337,5 $ mt MGO = 605 $ mt Torm Lene brændstof Ombord på Torm Lene, benytter man uden for ECA en HFO, med et svovlindhold på højest 3,5%. Oliekvaliteten kan variere meget, alt afhængigt af, hvor man bunker i verden, og det ses ofte at olien er af så dårlig kvalitet, at man ikke ønsker at sejle på den. I den forbindelse udfører man en række test af bunkerolien inden man starter bunkeroperationen. Densiteten, viskositeten, vandindholdet og flammepunktet på fuelolien bliver fundet ombord. Hvis resultaterne man har udført ombord er ok, starter bunkeroperationen. Under hele bunkeroperationen udtager man en bunkersampel, som et eksternt firma i land analysere, inden det bliver taget i brug ombord. I ECA benytter man en MGO olie med et svovlindhold på max. 0,1%. Side 28 December 2015 Magnus Bang

30 Smøreolie Dette kapitlet beskriver smøreoliesystemet ombord på Torm Lene. Beskrivelsen vil omhandle en general beskrivelse af hjælpemotorens smøreoliesystem, en beskrivelse af centrifugens virkemåde samt opbygning. Derudover vil der være en beskrivelse af smøreolieanalysen, der er udført ombord på Torm Lene. Hovedmotorens offline filter fra CJC vil ydermere blive beskrevet. Hjælpemotorens smøreolie Hver hjælpemotor har sit eget smøreoliesystem, hvor en del af smøreolierensningen finder sted. Derudover bliver olien også renset med en centrifuge i størstedelen af tiden, hvor motoren er i drift. Der vil igennem afsnittet være parenteser med et nummer som referer til figur 18. Hver motor har et vådsumps oliesystem, hvor oliepumpen (3) suger fra. Oliepumpen er tvangstrukket af krumtappen. Derudover er motoren udstyret med en elektrisk oliepumpe (2), som sidder parallel med den tvangstrukket pumpe. Olien strømmer fra pumpen videre igennem smøreoliekøleren (6), som er udstyret med en termostatventil (5) til, at regulere olietemperaturen. Herefter kommer olien igennem et automatisk backflush filter (7), og den rensede olie ankommer herefter til hovedforsyningskanalen i krumtappen. I krumtappen er der boret sidekanaler, hvor olien løber ud og smører hovedlejerne. Olien løber herefter op igennem plejlstængerne til krydshovederne (11). Her køler olien stemplerne og smører stemplernes bevægelige dele. Fra hovedforsyningen løber flere separate rør op til forskellige smørepunkter på motoren. Bl.a. smøres knastakslens lejer, ventiler og vippetøj (12). Derudover er turboladerens lejer (13) oliesmurt fra hovedforsyningen. Figur 17 Smøreoliesystem Wärtsilä (Wärtsila AUXPAC) Side 29 December 2015 Magnus Bang

31 Hjælpemotorens smøreoliecentrifuge Rensningen af smøreolien til hjælpemotorerne sker ved hjælp af en centrifuge. Fabrikanten af centrifugen er af mærket Westfalia. Den hjælpemotor som er i første prioritet på nettet, er den motor, hvor man renser olien i sumpen hos. En af årsagerne til, at man ikke renser olien på en af hjælpemotorerne, der ikke er i drift, er på grund af at sod, og andre tungpartikler vil setle sig og falde til bunds i sumptanken. Det vil derfor ikke være muligt for centrifugen at rense olien. På Torm Lene er der kun en smøreoliecentrifuge, som skal rense olien på fire hjælpemotorer. I følge Torm s teknisk support anbefaler de, at smøreoliecentrifugen er i drift 80% af tiden på hjælpemotorens smøreolie. Dette betyder, at centrifugen skal være i drift hele tiden, undtagen når der skal udføres service på den (Torm A/S, 2013). Det anbefales fra motorfabrikanten Wärtsilä, at rense olien konstant når den er i drift, hvilket er det samme som teknisk support hos Torm har anbefalet. Derudover kræver de, at for at få en optimal rensning af olien, skal der som et minimum cirkuleres tre gange sumpmængden igennem centrifugen. Ydermere er der også et krav for den maximale mængde, man bør centrifugere, hvilket er på 40% af nominelle kapacitet på centrifugen. Jeg har nedenfor beregnet min. og max. flowet til centrifugen. Centrifugens design flow: 570 liter/time Smøreoliemængden i hver sump på hjælpemotorerne: 760 liters (Wärtsila AUXPAC) Maximum flow = 40% af centrigfugens design flow = 0, = 228 Optimal Turnaround = 3 x Sump Contents = 3 x 760 = 2280 Det anbefales, at ligge med et flow igennem centrifugen fra 95 l timen l day = 95 til 228 l timen. l timen l timen Et andet krav motorfabrikanten anbefaler er, at smøreolien inden den skal igennem centrifugen har en temperatur fra Dette ønskes for at opnå en optimal rensning af smøreolien. (Torm A/S, 2013) Side 30 December 2015 Magnus Bang

32 Centrifugens opbygning og virkemåde Der vil i dette afsnit blive beskrevet centrifugens opbygning og virkemåde. Til beskrivelse af dette, henvises der til billederne nedenfor. Der vil løbende igennem afsnittet være parenteser med et nummer som referer til figur 19. Smøreoliecentrifugen fra Westfalia er af modeltype OSD Den komplette centrifuge består af et kontrolpanel, hvorfra man kan starte centrifugen op med tilhørende pumper og elmotorer. Som beskrevet ovenfor, kræver smøreolien en temperatur på omkring 90 inden det strømmer ind i centrifugen. Her benyttes en dampforvarmer, som vist på billedet i figur 18. Dampforvarmeren er en af dampforbrugerne, som er nødvendige for at rense olien i smøreoliecentrifugen. Figur 18 Smøreoliecentrifuge - Torm Lene (eget arkiv) Centrifugens formål er at separere partikler og vand fra hjælpemotorens smøreolie. Opstartsproceduren på denne type centrifuge er først at få bowlen, i centrifugen, op i omdrejninger. Bowlen bliver trukket af en elmotor via en drivrem. Fødeventilen er en trevejsventil som kan stå i to stillinger, enten leverer den olie til center i centrifugen eller også recirkulerer olien tilbage før fødepumpen. I opstartsfasen skal ventilen stå således, at olien recirkuleres. Før olien lukkes ind i bowlen, vasker man bowlen med vand for at fjerne gamle olierester samt partikler. Dette bliver gjort fra toppen af centrifugen (3). Herefter tømmes kuglen for vand, ved at bowlen åbner op, som også kaldes at skyde. Trevejsventilen ændres herefter så smøreolien strømmer ind i selve bowlen (1). Bowlen fyldes helt op med olie og de tungere partikler samt vandet, vil blive separeret fra olien og ligge sig i periferien (14). Den rene olie vil i centeret på centrifugen pumpes (10) op ved hjælp af centripetalkraften. Herefter vil den rene olie forlade centrifugen i centertoppen (2) og vende tilbage til sumpen, hvor det kom fra. Hvis der er vand i olien, vil det strømme ud af røret i toppen (15). Interfacet imellem vand og olie bestemmes af separations disken (13). Man indstiller centrifugen til at skyde efter en bestemt periode. Dette kan f.eks. indstilles til 30 min., alt afhængig af, hvor beskidt olien Side 31 December 2015 Magnus Bang

33 er. I perioden inden skydetid, vil de tungere partikler sidde i periferien på bowlen(14). Styreenheden (12) vil lige inden skydetid give signal til trevejsventil om at recirkulere olien. Derudover vil styreenheden sende et signal til en magnetventil i toppen om, at sprøjte vand ind i olien (3). Dette gøres for at fortrænge olien fra bowlen og vil hermed mindske olieforbruget. Herefter vil bowlen åbne sig op og skyde mængden af slam ud af centrifugen, og slammet vil så løbe ned i slamtanken(17). Bowlen åbner sig ved, at der sendes en mængde vand ind under et hydraulisk stempel (18). Dette får bowlen til at åbne op og mængden af slam vil løbe ned i slamtanken (17). Processen vil herefter starte forfra. Jeg har nedenfor vist en skitse af separations processen, som beskrevet ovenfor. Figur 19 Westfalia OSD skitse (Group, nd) Smøreolieanalyse For at opretholde en god smøreolie ombord på hjælpemotorerne, tages der hver uge smørolieprøver samt kontrol af disse. Da hver hjælpemotor har en sump, der er adskilt fra hinanden, udføres der smøreolieprøver på alle fire hjælpemotorer. Ved hver olieprøve undersøges vandindholdet i olien samt TBN værdien. For at få en repræsentativ måling på hver motor, startes de op så sumpen bliver mixet. Derefter bliver drænrører renset, og der bevares et kontinuerligt flow på drænet og smøreolieprøven kan nu tages. Derudover bliver der jævnligt sendt analyser i land, hvor man får en mere detaljeret analyse af olien. Analysen ombord vil blive analyseret i det kommende afsnit. Side 32 December 2015 Magnus Bang

34 WIO (%) Én af værdierne man undersøger, er vandindholdet i olien (WIO). Et stigende vandindhold kan have katastrofale konsekvenser og store haverier på motoren. Vandet i olien kan bl.a. stamme fra kondens, fejl i separation processen, oliekøler eller cylinderliner lægkager. Ifølge Shell anbefaler de at vandindholdet i smøreolien på hjælpemotoren er mindre end 0,2% (Shell Marine Products, 2012) Det er derfor vigtigt at holde kontrol med olien, så olien ikke bliver kontamineret og forringer smøreevnen. Der vil ydermere være risiko for en formering af rust på hvidmetaldelene i motoren. Jeg har nedenfor vist, hvordan vandindholdet i smøreolien på hjælpemotor et udvikler sig over perioden fra januar 2015 til august Værdierne tager udgangspunkt i dokumentet Generator Engine LO and TC Maintenance Tracker (Torm Lene, 2015). 0,06 Vand i olien 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 januar februar marts april maj juni juli august Måned Figur 20 Vand i olien - Torm Lene 2015 (Bang, Drev 2, 2015) TBN værdien på olien undersøges også ugentligt. TBN (Total Base Number) giver en indikation af, hvor stor en mængde syre smøreolien indeholder. Fra hjælpemotorerne vil syreindholdet stige fra svovlet i brændstoffet. Smøreolien indeholder alkaliske additiver for at neutralisere syren, der bliver dannet ved forbrænding af svovlholdige brændstoffer. Benævnelsen for denne additiv angives i mgkoh/g olie (Eriksen, 2012). Hjælpemotorerne ombord på Torm Lene, benytter en smøreolie, som fra ny, har en TBN værdi på 40 mgkoh/g olie. De faktorer der har betydning for, at TBN værdien på smøreolien ændrer Side 33 December 2015 Magnus Bang

35 sig, er motorens drift timer, hvilken brændstof der bliver benyttet i perioden, hvor meget olie der bliver tilført til sumpen samt belastningen på motoren. Nedenfor har jeg vist hvordan TBN værdien forløber over perioden fra april til august måned. Værdierne er taget på hjælpemotor nr. 2. Årsagen til, at jeg har valgt at fokusere på denne hjælpemotor er pga. drift timerne. De tre søjlediagrammer har alle indflydelse på, hvordan TBN værdien forløber sig på smøreolien. Det ses tydeligt i jo flere drift timer motoren har på HFO, jo kraftigere falder TBN værdien. Derunder har mængden af nyt tilført smøreolie også betydning for en øget TBN værdi. En sidste faktorer som også har stor betydning for TBN værdien, er typen af brændstoffet der bliver benyttet. Værdierne tager udgangspunkt i dokumentet Generator Engine LO and TC Maintenance Tracker (Torm Lene, 2015). Figur 21 Smøreolie Torm Lene (Bang, Drev 2, 2015) Side 34 December 2015 Magnus Bang

36 Hovedmotorens offline filter Ombord på Torm Lene er centrifugen til rensning af hovedmotorens smøreolie erstattet med et offline filter ved navn CJC (C.C. Jensen A/S). Filteret blev installeret den 23. april 2015 og har været i drift lige siden. Filteret er installeret med udgangspunkt i en økonomisk fortjeneste, da det er en dyr omkostning at holde en centrifuge kørende med reservedele, strøm og arbejdstimer (Hoffmann, 2015). Derudover kræver det, at man er over sin centrifuge, for at få renseprocessen så effektiv som muligt. Jeg har igennem min praktik sejlet med Maskinchef Rasmus Hoffman, som har været tovholder for dette projekt. CJC filteret er et offline filter, dvs. at det suger fra et sted fra sumpen og har ingen indflydelse på, om motoren er i drift eller ej. Olien bliver pumpet op fra en fødepumpe, som er placeret nederst i skibets maskinrum. Herefter pumpes olien op til centrifugerummet, hvor det pumpes igennem forvarmeren til centrifugen. Setpunktstemperaturen på olien er sat til 40 grader på centrifugekontrolpanelet. Der vil være risiko for, at smøreoliepumperne til hovedmotoren vil trippe ved opstart, hvis temperaturen er for lav på smøreolien. Efter forvarmeren vil olien passere filteret, og til slut løbe tilbage til sumpen. Nedenfor vises CJC filteret på Torm Lene samt installationsprincippet. Figur 22 CJC Filter (eget arkiv) Figur 23 Installationsprincip offline filter (CJC, 2015) Side 35 December 2015 Magnus Bang

37 Der aflæses dagligt trykket før - og efter filteret, smøreolietemperaturen og flowet igennem filteret. Jeg har igennem praktikken fået adgang til observation loggen for filteret samt analyseresultaterne, der er analyseret fra Shell. Jeg har nedenfor analyseret smøreolie analyserne fra hovedmotoren. Jeg har valgt at tage udgangspunkt i oliens forureningsniveau (Index og Contamination). Forureningsniveauet indikerer på indholdet af natrium, vanadium, aluminium og silicium, som alle er med til at forurene smøreolieolien. I den første del af perioden indtil den 23. april 2015 er det centrifugen, der renser hovedmotorens smøreolie. Det ses tydeligt på grafen nedenfor, at man har valgt at udskifte en stor mængde smøreolie på baggrund af analyserne fra Shell. (Shell Rapid Lubricants analysis, 2015) Den øverste graf til højre viser driftstimerne på hovedmotoren, da driftstimerne har indflydelse på kontamineringsniveauet. Det ses tydeligt at i perioden, hvor filteret bliver installeret til den 31. juli 2015, har filteret fungeret 100%, som det skulle. Jeg har valgt, at tage vandindholdet med på smøreolien, da det ikke er muligt for dette filter, at separere vand fra smøreolien, hvilket en centrifuge kan gøre. Det ses her, at det ikke har været nødvendigt, at benytte en centrifuge i perioden, hvor filteret har været installeret, da vandindholdet er 0% i hele perioden. Det stigende forureningsniveau i den sidste analyse den 22. september 2015 skyldes sandsynligvis, at filteret skal udskiftes med et nyt filter, da det ikke virker tilstrækkeligt mere. Jeg har desværre ikke haft mulighed for, at se trykket hen over filteret i den sidste del af perioden, da jeg ikke har været ombord på Torm Lene på dette tidspunkt. Figur 24 Forureningsniveau smøreolie ME (Bang, Drev 3, 2015; Bang, Drev 4, 2015) Side 36 December 2015 Magnus Bang

38 Den konkrete problemstilling For at gøre det muligt at stoppe kedlen i anker- og havneoperation, skal smøreoliecentrifugen samt dampforvarmeren til hovedmotoren erstattes med en løsning, hvor kedlen ikke er opvarmningskilden. Jeg vil undersøge varmebehovet, samt finde en løsning til de konkrete problemer vi står overfor ved at stoppe kedlen i anker- og havneoperation. Implementering af offline filtre frem for centrifuger Der vil i dette afsnit blive fokuseret på etableringen af smøreoliefiltre- frem for centrifugerensning af hjælpemotorenes smøreolie. Årsagerne til ændringen af denne drift, ligger i, at der ikke er damp til rådighed, da kedlen er stoppet. Der vil blive klargjort, hvor stor en mængde energi det kræver, at opvarme smøreolien under driften af smøreoliecentrifugen. Derudover vil jeg belyse, hvad det vil koste at etablere offline filtre og sammenholde driftspriserne med centrifugedrift. Energiforbrug til smøreoliecentrifuges dampforvarmer (AE) Jeg har udført en test i min praktikperiode for at finde frem til, hvad forvarmeren til smøreoliecentrifugen bruger af energi for at opvarme smøreolien. For yderligere oplysning omkring målingerne henvises der til kapitlet Analyse af målinger og måleinstrumenter. Smøreolietemperaturen i sumpen er aflæst på kontrolpanelet til 71. Smøreolietemperaturen falder til 64 i rørstrækningen, inden det kommer ind til forvarmeren i centrifugerummet. Som tidligere nævnt i projektet, anbefaler fabrikanten, at smøreolietemperaturen har en temperatur på 95 inden den passerer centrifugen. Jeg aflæser temperaturen til 96 i øjebliksværdien, hvor testen udføres. Vi har altså en delta temperatur på 32 hen over dampforvarmeren. Figur 25 Kontrolpanel - smøreoliecentrifuge (eget arkiv) Side 37 December 2015 Magnus Bang

39 Ud fra flowskalaen som sidder i indgangen til centrifugen, tilføres der 200m 3 smøreolie i timen. Der skal først korrigeres for densiteten, da smøreolietemperaturen er ændret i forhold til den oplyste densitet. Smøreolietypen hjælpemotorerne benytter er en Shell Argina X40, som har en densitet på 916 kg m3 ved en temperatur på 15 (Shell, nd). ρ 2 = ρ 2 = ρ 1 (Jørgensen, 2013) 1+β (t2 t1) ,00075 (96 64) ρ 2 = 863,54 kg m 3 ρ1 = 916 kg m3 (Shell, nd) β = 0,00075 (Jørgensen, 2013) t2 = 96 (Målt værdi) t1 = 15 (Shell, nd) Det er nu muligt at beregne flowet i enheden kg/s: m = ρ V (Jørgensen, 2013) m = 863, ρ = 863,54 kg m 3 V = 200 m3 h m = 0,0479 kg s Varmeeffekten fra dampforvarmeren kan nu beregnes: Q smøreolieforvarmer = m c p t Q smøreolieforvarmer = 0,0479 4,18 32 Q smøreolieforvarmer = 6,42kW m = 0,0479 kg s c p = 4,18 (Eriksen, 2012) t = 32 (Målt værdi) Som beregnet ovenfor, er dampforbruget ikke specielt stort på forvarmeren. Men skal erstattes med el elektrisk forvarmer, hvis man ønsker at bibeholde centrifugedriften. Offline filter Som erstatning til smøreoliecentrifugen, har jeg haft kontakt til GreenOil, som er førende inden for området omkring offline filter. I samarbejde med dem, har jeg fundet et produkt, som kan opretholde en god rensning af smøreolien til hjælpemotorerne. Side 38 December 2015 Magnus Bang

40 Valg af filtertype GreenOil følger producentens anvisninger med hensyn til flow igennem filteren. Jeg har beregnet flowkravet som bestemmer filterstørrelsen. Q = volume flow l h Q = 1,35 P n t Q = (Wärtsilä, 2013) 1, Q = 246 l h P = Power Output (kw) 875kW n = Antal cirkulationer på sumpen (5 = HFO, MGO = 4) t = Operations tid 24timer Typen af offline filter hedder WP-B Sættet består af en pumpe, Greenoil filter og en vandseperations enhed (varmespiral). Denne type pumpe cirkulere omkring 240l/h. Enheden gør det muligt at separere 250ml vand fra olien pr døgn. (Skjærris, 2015) Installation af filter Filteret skal installeres over sumpniveauet (max H = 5m), da det løber retur ved hjælp af tyngdekraften. Returrøret skal min. have en hældning på 30 grader og skal levere den rensede olie under sumpniveauet. Nedenfor ses en skitse der viser installationen. Figur 26 Installation offline filter (Skjærris, 2015) Side 39 December 2015 Magnus Bang

41 Pris for Offline filter Der skal installeres en filterenhed på hver hjælpemotor. Prisen er vist nedenfor med tilhørende installationskit samt et reserve filter. Figur 27 Offline filter indkøb (Skjærris, 2015) Samlet pris er: installationsomkostning Offlinefilter = = kr Installationsprisen samt levering er der ikke taget højde for. Installationen skal udføres ombord og koster derfor ikke yderligere arbejdstimer, da mestrene alligevel er ombord. Omkostningerne i fragt er der ikke taget forbehold for. Side 40 December 2015 Magnus Bang

42 Løsningsforslag til opvarmning af hovedmotoren I dette afsnit, vil der være to løsningsforslag til opvarmning af hovedmotoren, når hovedmotoren er stoppet af. Størrelsen af den elektriske forvarmer vil i dette afsnit blive dimensioneret. Derudover vil der forekomme en beskrivelse installationsprocessen. Den anden mulighed er at benytte hjælpemotorenes HT kølevand til opvarmning af hovedmotoren. Der vil her klarlægges om det overhovedet er en mulighed. Dimensionering af forvarmer til hovedmotoren Jeg har nedenfor udført tre test igennem min praktikperiode for at finde frem til, hvor meget energi der faktisk går til spilde ved, at opvarme hovedmotoren mere end det anbefalede. Derudover er beregningerne udført til bestemmelse samt dimensionering af den elektriske forvarmer til hovedmotoren. Den elektriske forvarmeren er en mulig erstatningskilde frem for dampforvarmeren, og skal være i drift når Torm Lene ligger for anker eller er i havn. Test forvarmer De efterfølgende beregninger tager udgangspunkt i et forsøg, som jeg har udført den 24. juli Der henvises til værdierne på figur 29. For yderligere oplysning omkring målingerne henvises der til kapitlet Analyse af målinger og måleinstrumenter. For at bestemme flowet igennem forvarmeren har jeg set på HT preheat pumpekurven, som er vist nedenfor. Det er muligt at finde flowet ved at kende løfthøjden på pumpen, hvilket er det samme som tryk differencen hen over pumpen. Trykdifferencen over pumpen er aflæst til 1,2bar. Der er nu muligt af finde pumpens løftehøjde. Jeg har aftegnet pumpens løftehøjde i figur 28 nedenfor. H = P (Heilmann, 2009) ρ g H = 1,2MPa 0,9778 9,82 H = Pumpens løftehøjde P = Trykdifferens over pumpen ρ = densitet g = tyngdeaccelerationen H = 0,124MPa Side 41 December 2015 Magnus Bang

43 Figur 28 pumpekurve HT preheat pump (Eget arkiv) Ifølge pumpekurven ovenover, ses det at pumpen levere 19m 3 /timen. Densitet på kølevandet ændres også i takt med temperaturen, (Eriksen, 2012) hvilket har betydning for massen og dermed energien det kræver, at holde hovedmotoren varm. Temperatur (t) Densitet (ρ) 977,8 kg/m 3 971,8 kg/m 3 968,4 kg/m 3 Specifik varmekapacitet (C p ) 4,19 kj kg K 4,196 kj kg K 4,201 kj kg K Det er nu muligt at beregne masse flowet ud fra følgende formel. (Eriksen, 2012) ρ V m = ,8 19 m = 3600 m = masseflow V = leverede flow ρ = densitet m = 5,16 kg s Jeg har herefter aflæst temperaturen via termometeret før- og efter forvarmeren. Temperaturen før forvarmeren: 70 Temperaturen efter forvarmeren: 74 Delta temperatur: 4 Ud fra dette er det nu muligt, at beregne energien som det kræver, at holde hovedmotoren varm fra dampforvarmeren. Energien beregnes med følgende formel: Q pre = m c p t Q pre = 5,16 4,19 4 Q pre = 86,4kW m = masseflow c p = Specifik varmekapacitet t = delta temperatur Side 42 December 2015 Magnus Bang

44 Der er igennem praktikbesøget fundet frem til, at der gemmer sig et stort tab i rørforbindelsen fra forvarmeren til- og fra hovedmotoren. Udregningerne nedenfor viser, hvordan jeg når frem til dette tab. Deltatemperaturen er differencetemperaturen imellem hovedmotorens indgangstemperaturen til og afgangstemperaturen, som er aflæst fra hovedmotorens kontrolpanel. Massestrømmen betragtes værende den samme, selvom temperaturen er faldet igennem motoren. Q mot = m c t Q mot = 5,16 4,19 3,2 Q mot = 69,2kW Rørtabet er altså forholdet imellem energien fra dampforvarmeren og energien i hovemotoren: Q pre Q mot 86,4 69,2 = 17,2kW I dette skema ses tre forskellige test, som jeg har udført under mit praktikophold på Torm Lene. Test / dato Test1 / Test 2/ Test 3/ Masse 5,16 kg s 5,12 kg s 5,11 kg s Dampforvarme temp. ind Dampforvarme temp. ud Temp. ind hovedmotor 66 70,2 84 Gennemsnit 62,8 66,8 79,9 Cyl. temperatur ud Energi 86,4kW 128,9kW 214,6kW Spild (rørtab) 17,2kW 55,9kW 88kW Figur 29 Test resultater på Torm Lene i ankeroperation Det ses tydeligt, at det koster meget energi, at varme hovedmotoren op til en konstant temperatur på 80. Derudover er der også et stort tab i rørledningen fra forvarmeren og hen til hovedmotoren. Dette kunne være en billig løsning, først og fremmest at isolere tilgangsrøret og afgangsrøret til og fra motoren. Derudover anbefales det, at holde temperaturen på omkring 60 grader som motorfabrikanten anbefaler. Side 43 December 2015 Magnus Bang

45 Dimensionering elektrisk forvarmer Af hensyn til temperatur svingninger i maskinrummet besluttes det, at forøge varmeeffekten med 15%, hvilket svarer til en elektrisk forvarmer på 100kW. I den forbindelse har jeg været i kontakt med firmaet Christian Berner A/S, som leverer elektriske forvarmere til industrien verden over. De kan levere en forvarmer fra Elwa type RWE4636 WR-V, som leverer 101kW. Forvarmeren er konstrueret til opvarmning af vand. Den er vertikalt opbygget, hvilket gør denne type praktisk i forhold til plads. Forvarmeren er desuden isoleret, og af sikkerhedsmæssige årsager, installeret med en sikkerhedsventil og en sikkerhedstermostat. Prisen på den elektriske forvarmer er kr, hvilket svarer til $. (Klik på hyperlinket for yderlige information: Mailkorrespondance med Erik Nielsen ) Figur 30 Elektrisk forvarmer fra Elwa (Elwa, nd) Jeg har nedenfor tegnet på den eksisterende systemtegningen (Lene, nd), hvor den elektriske forvarmer skal installeres. Jeg har valgt at sætte den elektriske forvarmer i serie med dampforvarmeren. Årsagen til dette er, at man evt. på et tidspunkt har en temperatur i maskinrummet, hvor den elektriske forvarmer ikke kan følge med, og man derfor er nødsaget til at supplere med dampforvarmeren. Ombord på Torm Lene er der en trevejsventil (QB59), der regulerer HT temperaturen. Hvis temperaturen bliver for høj vil trevejsventilen åbne og køle med LT vand. På Torm Lene fungerede denne trevejsventil ikke ordenligt. Det var derfor vigtigt at lukke for ventilen på LT siden, når motoren var stoppet og samtidig huske at åbne for den igen, så snart motoren var i drift. Figur 31 Kølevandssystem Torm Lene, med elektrisk forvarmer (eget arkiv) Side 44 December 2015 Magnus Bang

46 Hjælpemotorenes kølevand til opvarmning af hovedmotoren Til klarlægning af om der er nok energi til rådighed i HT kølevandssystemet fra hjælpemotorerne, tages der udgangspunk i ankeroperationen udført den 21. april 2015 til den 22. april Brændstofdatene kan ses i afsnittet: Test på hjælpemotor Torm Lene (Hyperlink) Jeg tager udgangspunkt i tidpunktet, hvor motoren er mindst belastet, hvilket vil sige i ankeroperationer. Det har ikke været muligt at måle hjælpemotorens eksakte HT kølevands flow med f.eks. en flowmåler. Beregningerne nedenfor tager udgangspunkt i de oplysninger fabrikanten har målt i sin testresultater (Wärtsila Generating Sets, 2014). Testforsøget tager udgangspunkt i en last på 279 kw. Ved denne belastning bruger motoren i gennemsnit 1,5 MGO tons/døgn, hvilket svarer til en forbrug på 62,5kg/h. Jeg vil i det følgende beregne motorens økonomiske virkningsgrad. Først beregnes den tilførte effekt: m HFO = 62,5 kg h 3600 = 0,0173 kg s P tilført = m hfo h i 0, = 773,8 kw m hfo = 0,208 kg/s h i = 44000kJ kg (Miljøstyrelsen, 2011) Generatoren har også et tab som ifølge Wärtsilä er oplyst til 95% (Wärtsila Generating Sets, 2014). Akseleffekten kan nu findes. P aksen = P Generatorffekt η generator P aksen = 279 0,95 P aksen = 293,7kW P aksen = kw P Generatorffekt = 279kW η generator = 95% (Wärtsila Generating Sets, 2014) Godhedsgraden for motoren er herefter beregnet. η g = P Effektiv P tilført 293,7 773,8 = 0,32 η g = 38% η g =% P Effektiv = P aksen = 293,7kW P tilført = 773,8 kw Side 45 December 2015 Magnus Bang

47 Godhedsgraden viser, hvor effektiv hjælpemotoren egentlig er i det givende belastning. De resterede 62% af den tilførte effekt går til tab som strålingstab, røggastab, og til tab i kølesystemet (LT systemet og HT systemet). Jeg har kun valgt at tage udgangspunkt i HT kølevandstemperaturen til benyttelse af opvarmning af hovedmotoren. Jeg vil benytte følgende energiformel til beregning af energien i HT-kølevandet på hjælpemotoren. Q HT = m c p ΔT Temperaturen for HT-kølevandet er målt før hjælpemotoren til 86 og efter til 93, hvilket vil sige at vi har en delta temperatur på 7. Temperaturen før og efter, tager udgangspunkt kontrolpanelet som ses nedenfor. Figur 32 Kontrolpanel Hjælpemotor - Torm Lene (eget arkiv) Den specifik varmekapacitet er sat til 4,2 kj kg K (Eriksen, 2012). HT pumpen til hjælpemotoren leverer 29m 3 /h ( (Wärtsila Generating Sets, 2014). Dette kan omskrives til Kg/s. ρ V m = ,4 29 m = 3600 m = kg s ρ = 968,4 kg/m 3 (Eriksen, 2012) V = 29m 3 /h (Wärtsila Generating Sets, 2014) m = 7,8 kg s Side 46 December 2015 Magnus Bang

48 Det er nu muligt at beregne energien i HT kølevandet. Q HT = m c p ΔT Q HT = 7,8 4,2 7 Q HT = 229,3kW Q HT = energi (kw) m = 7,8 kg s c p = Specifik varmekapacitet ΔT = 7. Denne energi tager udgangspunkt i, at HT trevejsventilen, som er termostatstyret, er konstant åben så den ikke recirkulere på HT afgangsvandet tilbage til pumpen. Se afsnit Hjælpemotorerne A/E. Desuden går en del af energien til opvarmning af de tre standby hjælpemotorer. Ifølge Wärtsilä kræver det 1kW/cyl. at holde temperaturen på min 60. (Wärtsila Generating Sets, 2014). 4,2 kj kg K (Eriksen, 2012) Figur 33 Heater design data (Wärtsila Generating Sets, 2014) Jeg har herefter beregnet hvor stor overskudsenergi, der er tilbage ved drifts senariet ved anker. Jeg har ikke taget forbehold for spilvarme i rørstrækningen samt stålingstab. Energien i de tre resterende hjælpemotorer er først beregnet: 6 cylindere pr motor = 6 3 = 18 cylindre Q aux = 1 kw cyl = 18 1 = 18 kw Den restende overskudsenergi, der er tilbage i HT systemet fra en hjælpemotor er derfor: Q rest = Q HT Q aux Q rest = 229,3kW 18kW = 211,3 kw Q rest = kw Q HT = 229,3 kw Q aux = 18 kw Der konkluderes, at der er nok energi i HT kølesystemet fra en hjælpemotor i ankeroperation, hvilket gør denne løsning billig. Det eneste det kræver i indkøb er en pladeveksler, en længde rør, og tre ventiler således at det ikke er muligt, at varme på hovedmotoren under drift. Jeg har valgt at sætte pladeveksleren i serie med den eksisterende dampforvarmer. HT kølevandet fra hjælpemotorerne skulle således cirkulere på primærkredsen mens hovedmotorens HTkølevand skulle opvarmes i sekundærkredsen. Jeg har nedenfor tegnet, hvordan systemet kunne se ud på diagrammet for HT- og LT rørsystemet på Torm Lene. I senariet hvor Side 47 December 2015 Magnus Bang

49 hovedmotoren er i drift, skal ventil 1 og 2 være lukket, men ventil nr. 3 skal være åben. Derimod hvis hovedmotoren ikke er i drift skal ventil 1 og 2 være fuldt åbent, mens ventil 3 skal være lukket. Med denne løsning er det muligt at undgå opvarmning af hovedmotoren under drift og samtidig tvinge opvarmningsprocessen i gang, når hovedmotoren er i stilstand ved at lukke og åbne de før omtalte ventiler. Figur 34 Ny systemtegning (Eget arkiv) Side 48 December 2015 Magnus Bang

50 Valg af varmeveksler samt beregninger Der vil i dette afsnit redegøres for størrelsen af pladeveksleren imellem hjælpemotorenes HT - og hovedmotorens HT kølevandssystem. I samarbejde med Alfa Laval har jeg dimensioneret størrelsen på pladeveksleren. Varme veksleren er en modstrømsveksler, som er illustreret med figuren nedenfor. Figur 35 Modstrømsvarmeveksler (eget arkiv) Årsagen til at der vælges en modstrømvarmeveksler er pga., at der ønskes overført så meget energi som muligt til den kolde side. Hvis der skulle vælges en medstrøms veksler ville fysiske størrelse på veksleren blive alt for stor. Den kolde side er altså hovedmotorens HT kølevand, mens den varme side er hjælpemotorens HT kølevand. Jeg har tidligere i rapporten beregnet den krævende energimængde til hovedmotorens HT kølevand, for at opretholde en temperaturen på min 60 grader. Dette er fundet til 100kW i det tidligere afsnit. Den varme side har en fremløbstemperatur på 90 grader (hjælpemotorenes HT kølevand) Jeg tager udgangspunkt i en driftssituation, hvor hovedmotorens HT kølevand har en indløbstemperatur på 75 grader Hovedmotoren cirkulerer med et fast flow på 5,16 kg s m3 = 19,1 h Flowet på hjælpemotorenes HT vand er fast 7,8 kg s = 29,1 m3 h Side 49 December 2015 Magnus Bang

51 På baggrund af de kendte værdier vælges der modeltype M6-MFG, som har et varmeveksler areal på 2,8m 2. Jeg ønsker at tilføje 100kW til den kolde side: Den kolde sides udløbstemperatur er beregnet scenariet nedenfor: Q = m c p (t 2ud t 1ind ) t 2ud = t 2ud = Q m c p + t 1ind 100 5,16 4, t 2ud = 79,6 Denne temperatur er mere end tilstrækkelig for holde temperaturen på 60 grader. Jeg finder nu udløbstemperaturen på den varme side: t 1ud = t 2ud = Q m c p t 1ind 100 7,8 4,19 90 t 2ud = 86,9 Q = energi overført (100kW) m = flow (5,16 kg s ) c p = 4,2 kj kg K (Eriksen, 2012) t 1ind = 75 (Antagelse) LMTD kan nu beregnes: t m = (t 1ind t 2ud ) (t 1ud t 2ind ) ln (t 1ind t 2ud ) (t 1ud t 2ind ) (90 79,6) (86,9 75) t m = (90 79,6) ln (86,9 75) t m = 11,13 K U-værdien for den pågældende varmeveksler, kan nu beregnes i dette eksempel. U = Q overført A LMTD U = 100kW 2,8 11,13 U = 3,208 kw m 2 K Side 50 December 2015 Magnus Bang

52 Det antages at u-værdien er konstant i de efterfølgende beregninger. Der tages nu udgangspunk i et scenarie, hvor man har glemt at tilføre varme til hovedmotoren. Den kolde sides indgangstemperatur er nu faldet til 50 grader og jeg vil nu se, hvor mange kw der skal overføres for at holde udgangstemperaturen på 60 grader på den kolde side, som det er anbefalet fra motorfabrikanten Q = m c p (t 2ud t 1ind ) Q = 5,24 4,18 (60 50) Q = 219 kw Varmeveksler indkøb Jeg har indhentet et tilbud fra Alfa Laval på typen M6-MFG, som består af 22 plader og har en størrelse på 574*320*920 mm. Veksleren er designet i rustfrit stål 316. ( Alfa Laval, 2015) Den samlede pris for pladeveksleren er kr. (Laval, 2015) Derudover har jeg anslået en meromkostning på kr i indkøb af flanger, ventiler og rørføring. Den samlede pris bliver derfor kr = kr Figur 36 M6 - MGF, varmeveksler (Alfa Laval, nd) Side 51 December 2015 Magnus Bang

53 Anker- og havneoperationer uden kedeldrift I dette afsnit fokuseres der på, hvilken økonomisk betydning, som det vil have at stoppe kedlen. Derudover fastsættes det, hvor ofte kedlen skal startes op i situationer, hvor hovedmotoren skal i drift på HFO. Der fokuseres på de økonomiske konsekvens ved at benytte MGO på hjælpemotorerne, og der redegøres for den årlige pris fremadrettet. Der henvises til hyperlinket for information vedrørende beregningerne der er foretaget. (Besparelse ved omskiftning til MGO) Brændstofbesparelse kedel Betragter man skibets drift i år som værende den samme efter, at have gjort det muligt at stoppe kedlen i størstedelen af tiden i anker- og havneoperationer, ville skibet fremadrettet have ca. 150 dage uden kedeldrift. Der tages udgangspunkt i at skibets oliefyrede kedel startes op, dagen før hovedmotoren skal startes op på HFO. Dette gøres for at have en høj nok temperatur i ens HFO servicetank og bundtanke, når hovedmotoren skal på HFO. Nedenfor er der klarlagt i skemaet, hvilke dage skibet fremadrettet har kedlen i drift og hvornår de kan undlade at have den i drift. Dagene tager udgangspunk i % satsen som er klarlagt i kapitlet Torm Lene i ECA. For at finde frem til de antal dage, hvor der er behov for at starte kedlen op, har jeg i Voyage and Oil Report for Torm Lene (Torm, 2015), talt de dage, hvor skibet har ligget for anker eller været i havn og startet op på HFO på hovedmotoren. Dagene hvor skibet ikke behøver at have kedlen i drift, er altså de dage, hvor skibet er på MGO (ECA dage) samt de dage, hvor Torm Lene ligger for anker eller er i havn, minus de dage hvor det er nødvendigt, at starte den oliefyrede kedel op. Anker Havn Sejler Dage i ECA 1,8% = 7 dage 13,5% = 49 dage 1,8% = 7 dage Dage uden for ECA 24,7% =90 dage 10,6% = 39 dage 47,6% = 174 dage Dage hvor skibet ikke 80 dage 74 dage 181 dage behøver at have kedlen i drift Dage hvor skibet skal starte kedel op inden omskiftning til HFO 17 dage 14 dage 0 dage Tabel 1 Besparelse ved at gå væk fra kedeldrift (Torm, 2015) Side 52 December 2015 Magnus Bang

54 kedelforbrug i dollars (brændstof) Nedenfor har jeg opstillet en figur, som viser gevinsten ved omskift til MGO. Blå kurve viser brændstofprisen før omskiftning til MGO og den røde kurve viser den fremadrettet pris som Torm Lene skal forvente efter driftsændring. I ankeroperation i ECA vil Torm Lene fremadrettet være på MGO, og det vil betyde, at kedlen ikke behøver at være i drift. I ankeroperation udenfor ECA, vil kedlen blive startet op døgnet før hovedmotoren skal i drift. Dette betyder, at brændstofprisen fremadrettet vil blive reduceret væsentligt selvom, kedlen i opstartsperioder vil være på MGO. I havneoperationer omkring ECA, vil Torm Lene være på MGO og det er derfor ikke nødvendigt at have kedlen i drift. I havn uden for ECA vil kedlen blive startet op på MGO døgnet før hovedmotoren skal i drift. Dette vil også betyde, at den årlige brændstofpris vil falde fremadrettet. Når skibet sejler i - og uden for ECA, vil kedlen være i drift på samme måde som før. Dette vil betyde, at omkostningerne her vil være det samme fremadrettet. Årlig kedelforbrug før og efter omskiftning Brændstof inden overgang til MGO forbrug i dollars (dollars) Anker i ECA Anker uden for ECA 0 Havn i ECA Havn uden for ECA 1630 Sejler i ECA Sejler uden for ECA Brændstof efter omskiftning til MGO forbrug i (dollars) Driftområder Figur 37 Årlig kedelforbrug før og efter omskiftning (Bang, Drev 5, 2015) Dette giver en årlig besparelse på $. (Bang, Drev 5, 2015) Brændstofforbrug på hjælpemotorerne ved omskiftning til MGO Ved omskiftning til MGO i havne- og ankeroperationer kan en række elektriske belastninger på nettet undlades at være i drift, og dermed reducere brændstofforbruget på hjælpemotorerne. Dette forudsætter, at man vælger at benytte HT vandet fra hjælpemotorerne til opvarmning af Side 53 December 2015 Magnus Bang

55 hovedmotoren og ikke installere en elektrisk forvarmer. Derudover forudsætter det, at man erstatter smøreoliecentrifugen med et offline filter på hver hjælpemotor. Nedenfor har jeg lavet et skema, som viser de forbrugere, der ikke behøver at være i drift under MGO drift. Derudover viser skemaet hvor mange kw i besparelse, der vil komme ved at skifte over til MGO. (Bang, Drev 5, 2015) Figur 38 Besparelse på nettet ved omskift (Bang, Drev 5, 2015) Jeg har herefter taget udgangspunkt i den kwh måling, jeg har foretaget på generatorerne i de forskellige driftssituationer (Se kapitlet: skibets drift ved anker- og havneoperationer ). KW forbruget før tager udgangspunk i det virkelige forbrug som er målt ombord. KW forbruget efter omskiftning til MGO, tager udgangspunkt i fabrikantens specifikke brændolieforbrug (ses afsnit: Hjælpemotorerne A/E ). For at finde det eksakte specifikke brændolieforbrug ved hver belastning, har jeg interpoleret værdierne. KW forbruget er omregnet til en dollars pris, hvor prisen referer til afsnittet Bunkerpriser. Den årlige omkostning ved at gå over til MGO frem for HFO i anker-, laste- og losseoperationer, vil betyde, at vi får en lille merudgift på hjælpemotorerne end tidligere. Brændstofomkostningen til hjælpemotorerne i ECA, når skibet ligger for anker, vil falde en lille smule, da vi i dette scenarie har erstattet smøreoliecentrifugen med filter systemet fra GreenOil. Uden for ECA i ankeroperationer vil forbruget stige, da vi førhen har være på HFO og nu fremadrettet benytter MGO, der er væsentligt dyrere i indkøb. Når skibet laster i ECA, vil omkostningerne falde, da belastningen på nettet er reduceret og medfører at MGO forbruget Side 54 December 2015 Magnus Bang

56 hjælemotorforbrug i dollars (brændstof) falder fra 1,8 tons/døgn til 1,49 tons/døgn. Så snart Torm Lene laster uden for ECA, vil belastningen blive reduceret på nettet, men da vi fremadrettet benytter MGO frem for HFO, vil den årlige pris stige. Fremadrettet vil Lene i losseoperationer i ECA falde, da belastningen på nettet er faldet. Uden for ECA i losseoperationer, vil forbruget på nettet falde, men da indkøbsprisen i HFO er væsentlig billigere end MGO, vil den årlige omkostning blive højere. Når Torm Lene sejler i - og uden for ECA, er omkostningerne en smule lavere pga. centrifugen er erstattet med et offline filter. (Bang, Drev 5, 2015) Årlig hjælpemotorforbrug før og efter omskiftning 5720 Anker i ECA Anker uden for ECA Laste i ECA Laste uden for ECA Losse i ECA Driftsområder Losse uden for ECA Sejler i ECA Sejle uden for ECA Brændstof inden overgang til MGO forbrug i dollars (dollars) Brændstof efter omskiftning til MGO forbrug i (dollars) Figur 39 Årlig hjælpemotorforbrug før og efter omskiftning (Bang, Drev 5, 2015) Det årlige brændstofforbrug i dollars på hjælpemotorerne vil fremadrettet stige med $, hvilket giver et årligt overskud på følgende: Årlige Overskud = Besprarelse kedel Meromkostning hjælpemotor = $ Hvilket er omregnet til DKK, med en kurs på 6,95 (Euroinvestors, 2015) ,95 = kr Side 55 December 2015 Magnus Bang

57 Business case 1 og 2 Nedenfor fremføres to løsningsforslag, som tager forbehold for driftsændringen ombord på Torm Lene. Business case 1 Det første løsningsforslag tager udgangspunkt i, at smøreoliecentrifugen skal erstattes med offline filtre fra GreenOil. Derudover skal der indkøbes en elektrisk forvarmer til opvarmning af hovedmotorens HT kølevand. Her vil der være en meromkostning på brændstofforbruget, da nettet yderligere vil blive belastet på grund af de 100kW, den elektriske forvarmeren trækker. Dette er der også taget højde for i beregneringerne nedenfor. Der henvises til Excel regnearket i det efterfølgende hyperlink Business case 1. Årlig omkostning til smøreolie centrifuge Den årlige omkostning i at holde centrifugen kørende ligger i bortskaffelse af sludge. Olietabet er minimalt på denne centrifuge og er derfor ikke medregnet. Derudover er der en lille omkostning i vand. Den største omkostning ligger i den årlige omkostning til reservedele til centrifugen. Omkostningerne tager udgangspunkt i prisen på et 8000 timers - og et timers overhalingskit. Derudover har jeg udført en beregning for, hvad det koster i arbejdsløn. Ud fra egen erfaring har jeg bestemt, hvad man i gennemsnit bruger af tid på, at holde øje med centrifugen samt udføre arbejde på den. Lønnen er sat til 90 kr./time og den daglige arbejdstid på centrifugen er sat til 0,1 time. Jeg har ikke taget højde for strømforbruget til centrifugen i dette afsnit, da jeg senere i dette kapitel tager forbehold for belastningsændringen på nettet. Dampforvarmeren til smøreoliecentrifugen vil der heller ikke tages højde for i omkostningerne nedenfor. Beregningerne vil ligge under årlige omkostninger for kedlen. Årlige omkostning for centrifugen Sludge produktion Kr. Oil tab - Kr. Vand 262 Kr. Reservedele Kr. Arbejdstimer 3285 Kr. Total Kr. Side 56 December 2015 Magnus Bang

58 Årlig omkostning for GreenOil filteret I samarbejde med GreenOil har jeg udregnet den årlige omkostning for at holde fire offline filter kørende til hjælpemotorerne. Ud fra det som GreenOil har erfaret igennem de seneste år, viser det sig, at der årligt vil blive brugt 10 filtre. Prisen pr filter er 1300kr. Derudover er der et tab af olie på ca. 6 liter pr filterskift, som også giver en lille omkostning. En anden omkostning ligger i bortskaffelse af de brugte filterindsatser. På samme måde som centrifugen har GreenOil også et servicekit som årligt koster 4240kr. Den årlige arbejdsløn tager udgangspunkt i tiden det tager at skifte et filter. Ifølge GreenOil skulle dette ikke tage mere end 10 til 15 min. Jeg har i mit regnestykke kalkuleret med 0,2 timer. Strømforbruget er der taget højde for i afsnittet Årlige omkostninger til hjælpemotorerne. Årlige omkostning, GreenOil Filters Filter indsatser Kr. Olie tab 660 Kr. Filter affald 500 Kr. Reservedele Kr. Arbejdstimer 180 Kr. Total Kr. Årlig omkostning til den oliefyrede kedel De årlige omkostninger for den oliefyrede kedel tager udgangspunkt i afsnittet Anker- og Havneoperation uden kedeldrift. Der er her redegjort for omkostningerne før- og efter driftsændring til MGO. Afsnittet viser også, hvor mange dage skibet fremadrettet kan forvente at få i kedeldrift efter omskiftning til MGO i havne - og anker perioder. Der er kun taget forbehold for brændstofforbruget. Kedlens elforbrug vil tages højde for i beregningerne for omkostningerne til hjælpemotorerne. Årlige omkostning til kedeldrift før driftsændring Brændstofforbrug pris Kr. Årlige omkostning til kedeldrift efter driftsændring Brændstofforbrug pris Kr. Total Kr. Total Kr. Side 57 December 2015 Magnus Bang

59 Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring Nedenfor er den årlige brændstofomkostning, inden driftsændring, til hjælpemotorerne beregnet. Forbruget tager udgangspunkt i de fire test, som er udført for hjælpemotorerne i de forskellige driftssituationer. Ud fra disse test er effektforbruget samt brændstofforbruget fundet i de forskellige driftsscenarier. Perioden skibet befinder sig i de forskellige områder, tager udgangspunkt i afsnittet Anker- og havneoperationer uden kedeldrift. Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring Brændstofforbrug pris Kr. Total Kr. Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring Årsagen til at omkostningerne stiger efter driftsændring, skyldes til dels, at driften på hjælpemotorerne i anker og i havn er på MGO, som er væsentligt dyrere end den forrige drift på HFO. Derudover vil nettet også blive belastet ydereligere end før pga. den elektriske forvarmer til hovedmotoren. Jeg har i skemaet nedenfor vist, hvorledes belastningen på nettet bliver reduceret/forøget i de forskellige operationer. Figur 40 Yderligere belastning på nettet inkl. el forvarmer til hovedmotoren (Bang, Drev 10, 2015) Side 58 December 2015 Magnus Bang

60 Ud fra den forventede belastning og det specifikke brændolieforbrug, som er oplyst af fabrikanten (se afsnit Hjælpemotorerne (AE) ), har jeg fundet et nyt forbrug i de forskellige driftssituationer. Perioden skibet befinder sig i, i de forskellige områder, tager lige som før udgangspunkt i afsnittet Anker- og havneoperationer uden kedeldrift. Den årlige omkostning til hjælpemotorerne er vist nedenfor. Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring Brændstofforbrug pris Kr. Total Kr. Opsummering Ved at gå væk fra centrifugen og benytte et offline filter fra GreenOil, vil der være en årlig besparelse på følgende: Årlig besparelse filter = Centrifuge omkostning filteromkostning = kr Derudover vil der være en årlig besparelse på kedlen, ved kun at starte op i kedlen døgnet før man skal sejle på HFO. I havne- og ankeroperationer vil skibet være på MGO på hjælpemotorerne. Årlig besparelse kedel = Kedeldrif før Kedldrift efter = kr Hjælpemotoromkostningen vil fremadrettet stige, pga. øget effekt på nettet og på grund af en merudgift i indkøb af MGO frem for HFO. Årlig merudgift AE = Hjælpemotordrift før Hjælpemotordrift efter = kr Samlet set giver det en årlig fortjeneste på følgende. Årlig besparelse = Årlig besparelse filter + Årlig besparelse kedel + Årlig merudgift AE Årlig besparelse = = kr Side 59 December 2015 Magnus Bang

61 Tilbagebetalingstid I og med at denne driftsændring ikke er helt gratis, vil jeg nedenfor redegøre for, hvor lang tilbagebetalingstid der er ved denne ændring. Tilbagebetalingstiden kan beregnes ud fra denne formel: tid = Investeringsomkostning årlige fortjeneste Investeringsomkostningen vil først blive beregnet i denne case. Investeringsomkostningerne i offline filterne fra GreenOil, er fundet i afsnittet Implementering af offline filter frem for centrifuge. Jeg har nedenfor opsummeret omkostningerne ved denne installation. Figur 41 Offline filter indkøb (Skjærris, 2015) Installationsomkostning offlinefilter = = kr En anden investering der er benyttet for, at opnå en årlig besparelsen i denne business case er, at installere en elektrisk forvarmer til opvarmning af hovedmotoren i stilstand. Tilbuddet jeg har indhentet er fra Christian Berner A/S, som kan tilbyde mig en 101 kw forvarmer fra Elwa. Omkostningerne til den elektriske forvarmer er fundet i afsnittet Løsningsforslag til opvarmning af hovedmotoren. Det har ikke været muligt for mig at finde ud af, hvad installationen vil koste med flanger og tilhørende ventiler. Jeg har derfor antaget en værdi på kr. Den samlet installationsomkostning til den elektriske forvarmer, er følgende: Installationsomkostning Forvarmer = = kr Den samlede investeringsomkostning med en årlig besparelse på kr er følgende: Investeringsomkostning = Installationsomkostning Forvarmer + Installationsomkostning offlinefilter Tilbagebetalingstiden vil derfor være: = kr tid = Investeringsomkostning årlige fortjeneste = kr kr = 1,9 år Side 60 December 2015 Magnus Bang

62 Business case 2 I det andet løsningsforslag, vil det blive taget i betragtning, at smøreoliecentrifugen skal erstattes med et offline filtre fra GreenOil. I stedet for den elektriske forvarmer til hovedmotoren, skal der i denne business case benyttes overskudsvarme fra hjælpemotorenes HT kølesystem til opvarmning af hovedmotoren. Der vil igennem denne business case redegøres for den årlige omkostning til kedlen og hjælpemotorerne efter driftsændringen. Der henvises til Excel regnearket i det efterfølgende hyperlink Business case 2. Årlig omkostning til smøreolie centrifuge Det samme er gældende her om i den første business case. Årlige omkostning for centrifugen Sludge produktion Kr. Oil tab - Kr. Vand 262 Kr. Reservedele Kr. Arbejdstimer 3285 Kr. Årlige omkostning, GreenOil Filter Filter indsatser Kr. Olie tab 660 Kr. Filter affald 500 Kr. Reservedele Kr. Arbejdstimer 180 Kr. Total Kr. Total Kr. Årlig omkostning til den oliefyrede kedel før- og efter driftsændring Det samme er gældende her om i den første business case. Årlige omkostning til kedeldrift før driftsændring Brændstofforbrug pris Kr. Årlige omkostning til kedeldrift efter driftsændring Brændstofforbrug pris Kr. Total Kr. Total Kr. Side 61 December 2015 Magnus Bang

63 Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring Det samme er gældende her om i den første business case. Årlig omkostning til hjælpemotorerne inden driftsændring Brændstofforbrug pris Total Kr Kr. Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring Der vil i dette afsnit være ændringer i forhold til case 1. Belastningen på nettet vil fremadrettet være væsentlig lavere pga., at den elektriske forvarmer er erstattet med overskudvarme fra hjælpemotorerne. Dog vil den årlige omkostning i brændstof være mere end før, pga. merudgiften til MGO. Der henvises til afsnittet Anker- og havneoperationer uden kedeldrift. Årlig omkostning til hjælpemotorerne efter driftsændring Brændstofforbrug pris Kr. Total Kr. Opsummering Ved at gå væk fra centrifugen og benytte et offline filter fra GreenOil, vil der være en årlig besparelse på følgende: Årlig besparelse filter = Centrifuge omkostning filteromkostning = kr Derudover vil der være en årlig besparelse på kedlen, ved blot at starte op i kedlen døgnet før at hovedmotoren skal startes op på HFO. I havne- og ankeroperationer, vil skibet benytte MGO på hjælpemotorerne. Årlig besparelse kedel = Kedeldrif før Kedldrift efter = kr Side 62 December 2015 Magnus Bang

64 Hjælpemotoromkostningen vil i dette scenarie være lavere end før pga. en reduceret last på nettet, men vil stadig have en årlig merudgiften på grund af en yderligere omkostning til MGO Årlig merudgift AE = Hjælpemotordrift før Hjælpemotordrift efter = kr Samlet set giver det en årlig fortjeneste på følgende: Årlig besparelse = Årlig besparelse filter + Årlig besparelse kedel + Årlig merudgift AE Årlig besparelse = = kr Tilbagebetalingstid Da denne driftsændring ikke er uden omkostning, vil jeg nedenfor redegøre for, hvor lang tilbagebetalingstid, der er ved denne ændring. Tilbagebetalingstiden kan beregnes ud fra denne formel: tid = Investeringsomkostning årlige fortjeneste Investeringsomkostning vil først blive beregnet i denne case. Investeringsomkostningerne i Offline filterne fra GreenOil, er fundet i afsnittet Implementering af offline filter frem for centrifuge. Jeg har nedenfor opsummeret omkostningerne ved denne installation. Figur 42 Offline filter indkøb (Skjærris, 2015) Installationsomkostning offlinefilter = = kr En anden investeringsændring, der er foreslået i denne business case, for at opnå en yderligere årlig besparelse, er at udnytte overskudsvarmen fra hjælpemotorerne til opvarmning af hovedmotoren. Jeg har valgt, at adskille de to systemer med en pladeveksler. Omkostningerne samt indkøb af rør er fundet i afsnittet Valg af varmeveksler samt beregninger. Installationsomkostning forvame til ME = kr Investeringsomkostning = Installationsomkostning Forvarmer + Installationsomkostning offlinefilter Tilbagebetalingstiden vil derfor være: tid = Investeringsomkostning årlige fortjeneste = kr = kr kr = 0,33 år = 4 måneder Side 63 December 2015 Magnus Bang

65 Analyse af målinger og måleinstrumenter KWh-måling på hjælpemotorerne Effekten jeg har målt i de forskellige driftssenarier, tager udgangspunkt i kwh måleren, der er placeret i kontrolrummet på hver hjælpemotorstyretavle. Brændstofforbruget tager udgangspunkt i to flowmålere, der sidder og måler differencen af brændstoffet på indgange og udgange af hjælpemotorerne. I henhold til driftsændringen i anker- og havneoperationer, har jeg valgt at beregne effekten som det formodes af se ud i de forskellige driftsscenarier. Effekten tager udgangspunkt i den virkelige effekt på hjælpemotorerne, hvor jeg så har trukket de følgende forbrugere fra, som ikke er nødvendigt at have i drift. Det har desværre ikke været muligt for mig, at måle den eksakte effekt på de forskellige forbrugere, da jeg ikke har haft brugbart måleudstyr med ombord. Jeg har derfor været nødsaget til at tage den nominelle effekt på forbrugerne, og derefter fastlagt, at de forskellige forbrugere, er belastet med 75% af deres nominelle effekt. Måleudstyret Effektforbruget er målt med et Multi-instrument MIC-2 fra DEIF, som i følge DEIF har en nøjagtighed på 0,5% (DEIF, nd). Instrumentet er vist til højre, og bliver benyttet dagligt ved manøvre og udfyldning af maskindagbog. Jeg vil derfor betragte måleinstrumentet værende validt. Brændstofmålingen er fortaget med en Yokogawa flowmåler, modeltype DY Vortex Flowmeter. Flowmåleren har en måleusikkerhed på 0,75%. (Yokogawa Eletric, 2015) Instrumentet bliver nulstillet og kalibreret hver 6. Måned ombord. Desuden bliver dette instrument også dagligt benyttet, når middagstallene skal noteres i logbogen samt ved manøvre. Jeg vil derfor betragte dette instrument værende validt. Figur 43 kw-måler - Torm Lene (Eget arkiv) Figur 44 Flow måler - Torm Lene (Eget arkiv) Side 64 December 2015 Magnus Bang

66 Målmetoder Formålet med målingen er, at klarlægge hvor meget energi, der bliver brugt i de forskellige driftssituationer, som Torm Lene kan befinde sig i. Jeg har foretaget hver måling i min. et døgn, for at få målingen til at stemme overens med den virkelige drift. Målingerne er foretaget i perioden fra den 28. februar 2015 til den 25. april Den er foretaget af den vagtgående maskinmester og indskrevet i logbogen. Reliabilitet og validitet af målingerne Jeg anser denne måling som værende meget nøjagtig. Målingerne er foretaget over en lang periode, for at gøre resultaterne mere virkelige. Der kan selvfølgelig forekomme skrivefejl i logbogen, eller være foretaget forkert aflæsning på måleudstyret. Derudover har omgivelsestemperaturen også indflydelse på målingerne. Her tænkes der på aircondition og start og stop af denne. Jeg har valgt at afgrænse mig fra denne omgivelsestemperatur. Flow måling Aflæsning af flow på smøreoliecentrifuge Jeg har benyttet flowskalaen til, at finde smøreolieflowet der løber igennem centrifugen. Det har ikke været muligt for mig, at måle usikkerheden ved denne flowskala. Da alle smøreolieprøverne på hjælpemotorerne har været fine, anser jeg det for at centrifugen renser tilstrækkeligt. Flowmanometeret bliver jævnligt trykkalibreret, derfor anser jeg målingen værende pålidelig. HT forvarmer flow Jeg har udført en test den 24. juli 2015, hvor jeg har fundet differenstrykket hen over pumpen. Trykket før og efter er aflæst på manometeret nede ved HT forvarmer pumpen. Derefter har jeg i pumpetabelen for den tilhørende pumpe aflæst pumpens flow. Figur 45 Flowmåler - AE Smøreolie - Torm Lene (Eget arkiv) Reliabilitet og validitet af flow målingerne Det har ikke været muligt for mig, at eftertjekke med en ultralydsflowmåler om flowet stemmer overens, men efter som at pumpen er i god stand samt at manometrene jævnligt bliver efterset og trykkalibreret, anser jeg målingen værende pålidelig. For at opnå en større reliabilitet skal målingerne foretages flere gange i forskellige driftssituationer og omgivelsestemperaturer. Side 65 December 2015 Magnus Bang

67 Temperaturmåling Aflæsning af temperatur på smøreoliecentrifuge Temperaturen på indløbstemperaturen på smøreolien er aflæst på centrifugens kontrolpanel. Målingen er foretaget fra en PT100 føler, som sender et signal op til PLC en. Temperaturføleren bliver jævnligt eftertjekket ved hjælp af et varmekalibreringsinstrument. Jeg har ikke foretaget eftertjek ombord, men jeg har med en optisk temperaturmåler (IR) målt, at temperaturen stemte overens. Aflæsning af temperatur HT hovedmotor For at beregne energien, som det kræver at holde hovedmotoren varm, var vi nødsaget til at kende temperaturen før - og efter dampforvarmeren. Før - og efter dampforvarmeren er der integreret et kviksølvtermometer, hvor målingen er forholdsvis valid. Målingen er eftertjekket med en optisk temperaturmåler. Aflæsning af temperatur på hjælpemotorsmøreolie For at klarlægge energiforbruget i forvarmeren, skulle jeg benytte indgangstemperaturen på smøreolien til dampforvarmeren. Jeg har i den forbindelse benyttet en optisk temperaturmåler til at bestemme denne temperatur. Jeg har antaget instrumentet til at være relativt pålideligt. Jeg har eftertjekket med smøreolietemperaturen i sumpen, som kan aflæses på kontrolpanelet til hjælpemotorerne. Figur 46 Kviksølvtermometer HT (Eget arkiv) Fejlkilder ved IR måling Støv og snavs i luften forstyrre temperaturmålingen. Afstanden fra måleudstyret til mediet man måler, bør derfor være så kort som muligt. Derudover er smøreolietemperaturen nok ikke helt den samme som temperaturen på røret, som jeg har målt på. Figur 47 Optisk måler Torm Lene (eget arkiv) Reliabilitet og validitet af temperatur målingerne Igennem de temperaturmålinger, som jeg har foretaget mig under mit praktikophold, har jeg ikke taget forbehold for maskinrumstemperaturen samt søvandstemperaturen. Dette giver selvfølgelig nogle uklarheder vedrørende de fundne målinger. For at opnå en større validitet Side 66 December 2015 Magnus Bang

68 skal målingerne gentages i forskellige områder med forskellige søvandstemperaturer og maskinrumstemperaturer. Ud fra dette, ville man kunne se om den tilførte effekt til hovedmotoren skulle være højere. Jeg vil dog stadig forvente ved benyttelse af overskudsvarmen fra HT-kølevandet fra hjælpemotorerne, at der er nok energi til rådighed. Smøreoliemåling Smøreolieprøver på hjælpemotor Jeg har ombord på Torm Lene foretaget alle olieanalyserne på hjælpemotorerne. Derudover har jeg også kalibreret testinstrumentet, som kan ses nedenfor. Testinstrumentet er kalibreret med sampleolie, hvor TBN værdien er kendt fra producenten. Målingerne bliver udført ugentligt på samme måde hver gang. Derudover bliver der også sendt analyser i land, som bliver analyseret hos Shell. Prøverne er taget på samme måde hver gang, og jeg har fulgt fabrikantens anvisning i hele perioden. Jeg går ud fra at målingerne, der er udført før mig, er gjort på samme måde. Årsagen til, at prøverne bliver sendt hjem skyldes at udstyret, som man har ombord, kun giver en indikation på, hvis der er noget galt. Derudover er det ikke muligt at analysere for forskellige forureningskilder ud over vand og jern i olien. Figur 48 Smøreolie prøver - Torm Lene (Eget arkiv) Smøreolieprøver på hovedmotor Jeg har desuden redegjort for hovedmotorens offline filter for, at se om filteret virkede tilstrækkeligt, lige som centrifugen. I den forbindelse har jeg analyseret på dataanalyserne fra Shell laboratoriet fra perioden januar 2015 til september I denne periode har centrifugen indtil den 23. april været i drift og i den efterfølgende periode har offline filter fra CJC været i drift. Jeg antager målingerne som værende pålidelig, da det er et professionelt oliefirma (Shell), som lever af at analysere på disse olier. Det vil heller ikke være muligt for mig, at eftertjekke om analyserne stemmer overens. Side 67 December 2015 Magnus Bang

69 Reliabilitet og validitet af målingerne Olieprøvemålingerne er foretaget på samme måde i hele perioden, hvor jeg har været ombord. Test udstyret er kalibreret jævnligt. Målingerne, som der er foretaget inden jeg er påmønstret, har jeg betragtet som værende valide. Side 68 December 2015 Magnus Bang

70 Konklusion Der er igennem dette bachelorprojekt redegjort for muligheden ved, at opnå en økonomisk besparelse ombord på Torm Lene. Dette er gjort ved at ændre på kedlens driftstimer og benytte MGO i havne- og ankeroperationer. Jeg har givet en analyse af skibets forbrugere samt, hvordan driften har været i perioden Jeg har fået klargjort muligheden for at stoppe kedlen, samt belyst konsekvenserne ved dette. I den forbindelse har jeg belyst muligheden for, at erstatte hjælpemotorens smøreoliecentrifuge med et filtersystem fra GreenOil. Jeg har givet et løsningsforslag til to forskellige opvarmningsmuligheder til hovedmotoren i stilstand. Det første løsningsforslag tager udgangspunkt i en elektrisk opvarmningsmetode, mens det andet løsningforlag tager udgangspunkt i udnyttelse af spildvarmen fra hjælpemotorenes HT kølevandssystem. Det er samtidig beregnet, for Torm Lenes hjælpemotorer, hvad den forventede årlige merudgift er i form af ændret last på nettet samt en øget brændstof pris til MGO. Med denne løsning er det muligt i største delen af tiden, at undgå kedeldrift i anker- og havneoperationer. Jeg har ud fra to business cases belyst, hvilken økonomisk betydning det vil have for Torm. Det viser sig, at med det løsningsforslag, hvor jeg erstatter smøreoliecentrifugen med filterrensning og derudover benytter overskudsvarmen fra hjælpemotorenes HTkølevand til opvarmning af hovedmotoren, vil Torm Lene opnå en årlige besparelse på kr. i forhold til år Dermed vil der blot være en tilbagebetalingstid for installationsomkostningerne på ca. fire måneder. Side 69 December 2015 Magnus Bang

71 Perspektivering Under udarbejdelse af det grønne energi optimeringsforslaget i anker- og havneoperationer ombord på Torm Lene, er det nærliggende at perspektivere til hovedmotoren, når skibet sejler på de syv have. Det vil være miljømæssigt korrekt, at implementere rensningssystemer som scubbersystemer og SCR-katalysator. Derudover kunne benyttelse af en renere forbrændingsolie også være en mulighed. Dette vil være relevant i forhold til de skærpede krav vedrørende SOx og NOx og partikel udledning, der ligger i vente for alle skibe fremadrettet. De ovenstående rensningssystemer vil have en høj implementeringsomkostning, mens benyttelse af en renere forbrændingsolie, vil betyde en øget årlig brændstofomkostning. For at opveje den yderligere driftsomkostning, kunne en mulig besparelse være at etablere akselgenerator på hovedmotoren, og dermed reducere brændolieforbrug på hjælpemotorerne når skibet sejler. Det vil her være oplagt, at se på hvilken løsningstype, der vil være passende for Torm Lene, og om det vil være muligt at installere en akselgenerator på hovedmotoren samt hvilke økonomiske konsekvenser det vil have for skibet. Side 70 December 2015 Magnus Bang

72 Bibliografi Alfa Laval. ( ). Drev. Hentet fra drive.google.com: Alfa Laval. (nd). M6 Alfa Laval. Hentet fra Bang, M. ( ). Drev 1. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 10. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 11. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 2. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 3. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 4. Hentet fra Drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 5. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 6. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 7. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 8. Hentet fra drive.google.com: Bang, M. ( ). Drev 9. Hentet fra drive.google.com: BunkerWorld. (2015). BunkerWorld. Hentet fra Børsen. (nd. nd nd). karrierelink. Hentet fra Børsen: Side 71 December 2015 Magnus Bang

73 CJC. ( ). Marine Lube oil Purifier. Hentet fra CJC.dk: DEIF. (nd). Drev - Magnus Bang. Hentet fra drive.google.com: Det Økologiske Råd. (2011). fokus på miljø, regulering og erhverspotentialer. København N, DK: Det Økologiske Råd. DNV. (21. Feb 2011). LNG for Greener Shipping in North America. Hentet fra Elwa. (nd). KVE preheating unit. Hentet fra Elwa.com: Eriksen, A. B. (2012). Termodynamik. København K: Nyt Teknisk forlag. Euroinvestors. ( ). Valutakurser. Hentet fra Green Oil. ( ). Drev - Magnus Bang. Hentet fra drive.google.com: Group, G. (nd). Westfalia Separator Mineraloil Systems. Hentet fra supercentrifugas: _Dados_tecnicos.pdf Heilmann, T. (2009). Pumpedrift og energi. Holte, DK: Heilmanns Forlag. Hoffmann, R. J. ( ). Telefonisk interview. (M. Bang, Interviewer) IMO. (2015). Sulphur oxides (SOx) Regulation 14. Hentet fra IMO: ulphur-oxides-(sox)- -Regulation-14.aspx Jørgensen, P. (2013). Håndbog for Maskinmestre 1. København K, Dk: Maskinmestrenes Forening. Kuiken, K. (2012). Controlable-Pitch Propellers. PJ Onnen, Holland: Target Global Energy Traning. Kvist automation. (2013). boiler upgrade - Torm/ L-class. NA: Frank Kvist Iversen. Side 72 December 2015 Magnus Bang

74 Laval, A. ( ). Drev - Magnus Bang. Hentet fra drive.google.com: Lene, T. (nd). Drev. Hentet fra drive.google.com: MAN Diesel & Turbo. (dec 2011). Basic Principles of Ship Propulsion. Hentet fra marine.man.eu: Marine Traffic. ( ). Hentet fra el:torm%20lene Maritime Protection. (Nd). Hentet fra maritimeprotection: Miljøstyrelsen. (2011). Fuel Oils General Aspects. Hentet fra mst.dk: tions/1998/ /html/kap04_eng.htm Shell Marine Products. (2012). AD systems. Hentet fra Ad systems analysis and dianosis systems: Shell. (nd). Shell Argina And Advanced Oil Stress Management. Hentet fra Shell.com: Shell Rapid Lubricants analysis. ( ). Drev - Magnus Bang. Hentet fra drive.google.com: Skjærris, T. ( ). Green oil filter. (M. Bang, Interviewer) Torm. (2015). Voyage and Oil Report. Hentet fra drive.google.com: Torm A/S. ( ). Purifying the L.O in generator engines on Torm Vessel. Hellerup, 2900, DK. Torm Lene. (2015). Drev - Magnus Bang. Hentet fra drive.google.com: Torm Lene. (u.d.). drive.google. Hentet fra drive.google.com: Side 73 December 2015 Magnus Bang

75 Wärtsila. ( ). drive.google.com. Hentet fra drive.google.: WÄRTSILA. (2006). Engine Documentation Sulzer RT-Flex50. Winterhur, Switzerland: Wärtsilä Switzerland Ltd. Wärtsila AUXPAC. (u.d.). maintenance Manual (Auxilary generating set, type 520W4L W9L20). Finland : Wärtsilä Finland Oy. Wärtsila Generating Sets. (2014). WÄRTSILÄ AUXPAC PRODUCT GUIDE. Vaasa, Findland: Wärtsilä, Ship Power Technology. Wärtsilä. (1 2013). Produck Guide Wärtsilä 20. Hentet fra Yokogawa Eletric. ( ). Geberal Specifikations. Hentet fra Side 74 December 2015 Magnus Bang