Bachelorprojekt 2012 Optimering af energiudnyttelsen på Beta Skrevet af: Jakob Mule Rasmussen
Titel: Projekt type: Fag: Studie nr.: Klasse: Optimering af energiudnyttelsen på Beta Bachelorprojekt Varmetransmission, varmegenvinding A09568 A6 Dato: 18-12-2012 Praktiksted: Kontakt person: Vejleder: Buksér og Berging AS André Krukiewicz Carsten Chlemensen Brian Boe Petersen Udarbejdet af: Jakob Mule Rasmussen Underskrift: Forside illustration: Forfatterens eget foto Tegn: 75242 Normal sider: 31,35 Jakob Mule Rasmussen Side 2 af 42
Forord Rapporten er blevet til efter et praktikophold i Norge ved rederiet Buksér og Bergning AS. Opholdet bestod af 2 gange 28 dage ombord på skibet Beta. De 56 dage blev brugt på at arbejde i maskinen, men også på at finde optimeringsmuligheder på maskineriet ombord, et par af disse er med i rapporten, andre har ikke fået plads i rapporten. Det er ikke, fordi de ikke kan lade sig gøre, men simpelthen for at bevare den røde tråd i rapporten. Rapporten er skrevet med henblik på personer, der har en teknisk viden på niveau med en maskinmester. For overskuelighedens og læsevenlighedens skyld er der forsøgt at give et indblik i skibets virkemåde, maskindele og drift, uden at det er det, der stjæler fokus i rapporten. Jeg vil gerne i forbindelse med min praktik ombord på Beta rette en tak til Hilde Koppen, kaptajn Thomas Aarland og maskinchef André Krukiewicz for at have gjort det muligt at komme ombord på Beta. Under mit praktikophold på Beta og i forbindelse med udvælgelse af optimeringsobjekter vil jeg gerne takke hele besætningen på Beta for at komme med deres opfattelser og viden på det område. Under rapportskrivning skal der rettes en tak til Åsmund Eika på hovedkontoret for at dele sin viden med mig om rederiets Green Operations projekt. Jakob Mule Rasmussen Side 3 af 42
Abstract This report is a part of the final exam, at Aarhus School of Maritime and Technical Engineering. The report is based on knowledge which is gained from my time on an anchor handling tug supply vessel. The vessel named Beta is part owned by Buksér & Bergning AS. The reports main object is to see if it is possible to make some improvements on the vessel, according to less environmental pollution. In the report are showed some improvements to the vessel. To insure that the improvements are fitted for the vessel, a detailed study of the vessel and its operation has been made, it showed that in 75 percent of the time the vessel produce electricity it was on one of two auxiliary motors, it also showed a lag of waste heat recovery from the exhaust gas on the auxiliary motors, furthermore that the pipes in the engine room are not insulated. In the report I will give suggestions to improve these things. It will be showed that it is not always profitable to make an improvement with such short period as 3 years of repayment time. Jakob Mule Rasmussen Side 4 af 42
Indholdsfortegnelse: Forord... 3 Abstract... 4 Indledning... 7 Lidt om virksomheden... 7 Problemanalyse... 7 BB s grønne profil... 8 Problemformulering... 9 Projektafgrænsning... 10 Metode... 10 Valg af projekt... 10 Udvælgelsesproces... 11 Dataindsamling... 11 Teoretisk viden... 13 Generel beskrivelse af skibet... 15 Arbejde ombord... 15 Maskinen... 15 Hovedmaskineri... 15 Hjælpemotor... 16 Maskinrumskedelen... 16 Ventilationsanlæg... 17 Hovedmotorens preheater... 18 Køling/opvarmning af hovedmotorerne... 18 Optimeringsforslag på røggas... 20 Driftanalyse... 20 Løsningsforslag... 21 Implementering af udstødningskedelen... 23 Økonomisk betragtning... 26 Perspektivering... 27 Optimeringsforslag på varme rør... 29 Driftforhold... 29 Løsningsforslag... 31 Økonomisk betragtning... 32 Jakob Mule Rasmussen Side 5 af 42
Perspektivering... 33 Fejlkilder... 35 Usikkerheder... 36 Konklusion... 39 Kildeliste... 40 Bøger... 40 Internet... 40 Kontakter... 41 Figurliste... 42 Figurreferencer... 42 Jakob Mule Rasmussen Side 6 af 42
Indledning Her vil der blive givet et indblik i rederiets arbejdsområder, men også driftsbetingelserne for båden Beta. Derudover hvilke metoder, der bliver brugt i rapporten til at belyse problemstillingerne. Lidt om virksomheden Rederiet Buksér og Berging AS (herefter kaldet BB) har en flåde på 39 fartøjer, som de ejer eller er medejere af. Det drejer sig om følgende typer skibe: 10 ASD (Azimuth Stern Drive), 4 ATD (Azimuth Tractor Drive), 11 Conv. (Conventional Drive), 6 FFVT (Fin First Voith Tractor), 3 Mooring boat, 3 nybygningsskibe, hvor 2 er LNG drevede skibe (Liquid Natural Gas) og 2 ældre AHTS (Anchor Handling Tug Supply), hvor Beta er den ene af de to AHTS skibe 1. BB s flåde håndterer mange slæbeopgaver alt fra at slæbe boreplatforme fra A til B til at bugsere gastankere ind til gasterminalen på Melkøya ved Hammerfest. BB er det største rederi inden for bugsering og bjergning i Norge. I de senere år har rederiet satset på nye opgaver blandt andet har de nu et skib indregistreret under svensk flag og to under dansk flag. Grunden til, at man har tre skibe under henholdsvis svensk og dansk flag, er et forsøg på at åbne op for det svenske og danske slæbebådsmarked, som man gerne vil ind på. Derudover har BB for nogle år siden investeret i nogle AHTS skibe for at se, om de kan komme ind på offshoremarkedet, BB Troll, der er et andet AHTS skib, ligger for tiden i Skotland, hvor det assisterer offshorevirksomheder. Beta er et af de skibe som BB er medejer af. Udover BB er der en række private investorer, der finansierer Beta. Det er dog BB, der står for mandskab og den daglige drift af Beta. Dermed er der skabt et lille indblik i rederiet, hvor mange skibe der er i flåden og hvilke typer, der er, samt hvilke opgaver de beskæftiger sig med. Problemanalyse På grund af finanskrisen har markedet ændret sig, nu er det blevet kundens marked. Derved er der kommet nye krav til leverandørerne, disse skal tilfredsstille kundernes krav og forventninger til et produkt. Nu er det ikke nok længere at løse en opgave tilfredsstillende, man må nu løbe en ekstra meter for kunden. Førhen skulle kunden selv opsøge bugseringsrederier for at få løst en bugseringsopgave. Nu bliver kunden bombarderet med tilbud fra alle mulige slæbebådsvirksomheder. Mange kunder ser derfor på prisen, men også på om rederiet gør noget for miljøet. Det er derfor godt for et rederi at vise, at man gør noget for miljøet, og at man tager miljøpolitikken seriøst. Som tiderne er nu, er der meget fokus på, hvor meget skibstrafikken bidrager til drivhuseffekten. Derfor har rederiet BB pålagt sig selv at overholde ISO 14001, der er en EU-standard for miljøledelsessystemer. I den forbindelse har BB udvalgt 4 skibe BB server, BB Worker, BB Troll og Beta, der skal være foregangs-/forsøgsskibe for resten af BB s flåde. En gang om året revideres indsatsen, denne revidering foretages af et eksternt konsulentfirma, der skal tjekke om BB lever op til de krav, der er sat, og om BB hele tiden forsøger at forbedre sig inden for miljøområdet 2. Der skal 1 www.bube.no/fleet/ 2 Referat af møde med Åsmund Eika, project manager, fra Buksér og Berging AS Jakob Mule Rasmussen Side 7 af 42
fremlægges et grønt regnskab, der viser forbedringer, mangler og fremtidsmål. Den kontrol skal være med til at gøre ISO 14001 standarden troværdig over for kunderne og myndighederne. Fra ledelsens side er der kommet en skrivelse med ideer til mulige tiltag og forbedringer på BB s flåde. For at synliggøre forbedringerne, skal hvert skib registrere, hvor meget det bruger af dieselolie, smøreolier med mere, samt hvor meget der smides ud af affald lige fra pap/papir, metal over til plast og farligt affald (deponi). Disse registreringer vil indgå i det grønne regnskab, som fremover vil være en del af den årlige revidering af firmaets ISO 14001 politik 3. Offentligheden er meget fokuseret på at reducere udledningen af CO 2, CO, NO x, SO x og andre partikler til atmosfæren. Disse stoffer er affaldsprodukter, der fremkommer ved afbrænding af blandt andet brændstoffer. Det er derfor meget nærliggende at kigge her, når man skal optimere på driften af et skib både miljømæssigt, men også økonomisk. Der er mange penge at spare på brændstoffet. Udfordringen er, at Beta er bygget i 1982 og derved en ældre dame. Beta er lige nu chartret af den norske kystvagt til at assistere dem i redningsaktioner, bugseringsopgaver og andet, der måtte blive brug for. Når Beta er i operation, har den en respons tid på 0. Det vil sige, at den hele tiden skal være klar til at rykke ud, når der er brug for den. Der er en klar aftale med den norske kystvagt om, at Beta ikke må ligge i havn bortset fra ved proviantering. Det vil sige, at der er meget tid, hvor den enten ligger for anker eller er i fart indenskærs, så den hele tiden kan reagere på et nødopkald og hurtigt være fremme ved en nødstedt 4. Den norske kystvagt har chartret Beta i et år med to års optionsaftale, BB regner med at Beta får lov til at sejle for den norske kystvagt i 3 år, men egentlig er der kun skrevet kontrakt for 1 år. Efter det år ser man på, om man vil forlænge aftalen yderligere. Derfor skal der i eventuelle ændringer af skibet hele tiden medtænkes, at Beta får andre opgaver og et andet sejlmønster i fremtiden. Hvilket i sidste ende giver at investeringerne skal kunne betale sig selv hjem på mindre end 3 år. BB s grønne profil Som nævnt er BB begyndt at profilere sin grønne profil, men egentlig har de igennem mange år optrådt miljømæssigt fornuftigt. Det vil jeg prøve at skildre i dette afsnit. BB administrationen gør en indsats for at få deres flåde til at tænke grønt, spare på brændstoffet og sortere affald. Disse to ting er noget, skibene har praktiseret i et stykke tid. Der har længe været affaldssortering ombord, idet der er opsat flere affaldsbeholdere på skibene. For eksempel bliver papkasser foldet sammen, så de fylder mindre. Umiddelbart kan det virke meningsløst at folde papkasser sammen, for en papkasse forurener lige meget om den er foldet sammen eller ej. Men det er ikke lige meget, for en sammenfoldet papkasse fylder mindre, derved kan der være mere i papcontaineren. Derfor behøver skibet ikke at sejle ind til land for at tømme 3 Resume af klassificeret dokument, fra Buksér og Berging AS 4 Referat af interviewet med Thomas Aaland kaptajn på Beta Jakob Mule Rasmussen Side 8 af 42
containeren så ofte. Ydermere sparer man også transport for skraldefirmaet, da det på samme måde kan have mere affald med. Der kan være problemer med miljøstationerne i land, de er enten mangelfulde, eller også har de ikke samme sorteringssystem i alle havne. Det er en problemstilling, der ikke vil blive behandlet yderligere i rapporten. Kigger man på brændstofbesparelse, så har mange kaptajner fra BB s flåde givet udtryk for, at de i lang tid har sejlet med reduceret fart, når lejligheden bød sig. Det gælder for eksempel for BB Server og Beta. Når Beta er i sejlads fra A til B, er den maksimale hastighed 15,5 knob 5, når alle fire hovedmotorer er i fuld drift. Men har man rigtig god tid, går man gerne på en hovedmotor ud af fire hovedmotorer. Det vil sige, at hastigheden maksimalt er 6 knob 6. Grunden til, at man gør det, er for at spare brændstof, da man ved at sætte farten ned sparer en del brændstof og dermed også mange penge. I virkelighedens verden sejles der som oftest på to hovedmotorer, hvilket giver en hastighed på lidt over 9 knob, da det ellers vil gå for langsomt i forhold til vejrforhold og arbejdsopgaver. Grunden til, at man sparer brændstof ved at sætte farten ned, hænger sammen med fremdriftsformelen her: 3 PbPe kv 7 Skibets hastighed(v) der er i tredje potens, gange med en konstant(k), bliver til skibets effektive effekt(pe), som er lidt mindre end den effekt som hovedmotorerne skal levere(pb). Derfor kan skibet spare rigtig meget brændstof ved at sænke farten fra eksempelvis 12 knob til 10 knob. Skibet kan spare optil 30-40 procent brændstof. Indtil nu har besætningen på broen ikke noteret, når man har sejlet med nedsat fart i dagbogen på broen. Da det ikke er skrevet ned, kan man ikke dokumentere, at man har sejlet med reduceret fart, ej heller se om man er blevet bedre til at gøre det. Efter at der er kommet fokus på problemet, er der blevet noteret ned hver gang, der sejles med nedsat fart, så man er gået fra 0 procent af sejladsen i juli, til at over 70 procent af sejladsen i oktober var for nedsat fart (herefter kaldet grøn sejlads). Nu kan man gå tilbage og se, hvor ofte man har sejlet med nedsat fart, når man skal lave det grønne regnskab. Det er vigtigt at synliggøre det, der bliver gjort, så man kan holde fokus på de ting / parametre, man gør noget ved, få dem implementeret ordentligt, før man kaster sig over noget nyt. Problemformulering Hvordan kan man optimere energiudnyttelsen på et 30 år gammelt skib, når det måske kun har 3 år tilbage i søen? 5 http://bube.no/fleet/images/marketing/fleet/beta%20spec.pdf 6 Thomas Aaland kaptajn på Beta 7 Skibsmotorlære tekst, Christen Knak, 19. udgave 2. oplag 2004, ISBN 87-12-03901-2 Jakob Mule Rasmussen Side 9 af 42
Projektafgrænsning For at rapporten ikke skal blive for omfattende, bliver der lavet nogle afgrænsninger, det sker også for at holde fokus på optimeringsmulighederne og ikke på bagateller. Der vil ikke blive skrevet yderligere om ISO 14001 standarden, da det ikke er ledelse, rapporten skal handle om. Det har BB administrationen rimeligt godt styr på, og det ville bare fjerne fokus fra det vigtige i rapporten. Økonomisk ses der kun på, at besparelsen skal kunne tilbagebetale investeringen inden for 3 år. Der ses ikke på, om det er rentabelt i forhold til anden investering. Der vil heller ikke blive kigget på komponenternes livscyklus, med hensyn til hvor meget miljøbelastningen er for de forskellige komponenter igennem deres levetid, da det bliver for omfattende. Der er i stedet valgt at se på, hvad komponenterne kan reducere af udledning her og nu. I beregningerne vil der ikke blive taget højde for vedligeholdelsesomkostninger på de forskellige komponenter til optimeringsforslag. I rapporten vil der ikke blive kigget på, om Beta lever op til de opsatte krav fra myndighederne om udledning og arbejdsmiljø, da jeg regner med at alle krav overholdes. Metode Metodeafsnittet vil blive brugt til at redegøre for de valg og metoder, der bliver skildret i rapporten. Valg af projekt Det blev nævnt tidligere i indledningen, at BB er i gang med en omstillingsproces for at i mødekomme kundernes nye krav, der er gjort meget for at få gang i processen. Udover skrivelsen fra ledelsen i BB og registreringen af forbruget ombord på skibene, manglede besætningen ideer og ny viden til, hvor man kan tage fat for at spare på forbruget, det gælder alt fra affald til brændstofforbrug. Derfor ville André Krukiewicz, der er den ene af de to maskinchefer på Beta gerne have et par nye øjne på sagen. Han gav mig derfor lov til at følge med Beta på to skifter. Efter at jeg havde dannet mig et indtryk af skibet og maskineriet, blev der brugt kræfter på at brain storme for mulige og umulige måder at optimere skibet på. Her kom der en masse konstruktive ideer, nogle bedre end andre. Efter at have talt med kaptajnen, maskinchefen og resten af maskinbesætningen om forholdene ombord blandt andet om driften af skibet og måden, man bruger det på, gik jeg i gang med at spare på lyset, men indså snart, at der var brug for andre tiltag. Jakob Mule Rasmussen Side 10 af 42
Figur 1: Mindmap over optimeringsforslag på Beta Her ses nogle af de realistiske ideer, der kom under brain stormen, men da der ikke er tid eller plads til dem alle i rapporten, måtte der vælges nogle ud. Udvælgelsesproces Efter at mindmap (figur 1) havde ligget nogle dage, traf jeg min beslutning om hvilke af alle disse optimeringsmuligheder, jeg ville belyse i denne rapport. - Genvinding af varmen i udstødningsgassen blev valgt, fordi jeg blev overrasket over, at der ikke var nogen form for genvinding af varmen fra maskinen ombord på Beta. I 1982 da Beta blev bygget, havde man ikke fokus på miljøet på samme måde som i dag, derfor blev der ikke taget højde for genvinding af varme ombord. Det gælder for eksempel genvinding af varme fra kølevand og udstødningsgas, det er et godt sted at starte. - Isolering af rør i maskinrummet blev valgt, fordi jeg erfarede, hvor varme rørene var at arbejde i nærheden af. Jeg bemærkede også i min rundering i maskinen, at varme rør, der ikke var isoleret, lå meget tæt på rør, der skulle køle eksempelvis hovedmotorerne. En sidegevinst ved løsning af disse problemer er, at maskinpersonalets arbejdsmiljø måske kan bedres, når de får færre berøringsskader fra de meget varme rør i maskinrummet. For at kunne belyse og beregne på disse optimeringsmuligheder er det vigtigt at have et godt datagrundlag. Dataindsamling Under opholdet på Beta er der indsamlet så mange data som muligt for at kunne behandle og beregne optimeringerne så nøjagtigt som muligt. Det viste sig dog hurtigt, at det var en stor udfordring at få indsamlet de nødvendige data til de forskellige optimeringsmuligheder. Da Beta er et gammelt skib, har det blandt andet i nogle tilfælde været svært at finde de flows, temperaturer og godstykkelser, som jeg ønskede til mine beregninger. I disse tilfælde har min egen erfaring gjort det muligt at konstruere eller beregne mig rundt om problemet for at komme i mål med et resultat på en mulig optimeringsløsning. Alle data, der er indsamlet, har jeg vurderet kritisk, i nogle tilfælde måtte jeg forkaste mine målinger, det vil jeg senere komme ind på. Jakob Mule Rasmussen Side 11 af 42
De data, der er brugt til at danne et billede af, hvordan skibet fungerer nu, er blevet indsamlet ved daglige runderinger i maskinrummet og på skibet i det hele taget. Mange af disse data bliver betragtet som valide, da de fremgår både fysisk på maskinen i form af visning på eksempelvis et kviksølvstermometer, men også som visning i SRO anlægget (Styring, Regulering og Overvågning) på kontrolrummets skærm. Disse to forskellige visninger betragtes som to af hinanden uafhængige målinger, da de har hver sin målemetode og målested. Den ene er som sagt et kviksølvtermometer, der er placeret i en følerlomme på det rør, hvor væskens temperatur skal måles, og den anden, en PT100 føler, der er placeret i en anden målelomme på samme rør. Da de viser det samme, vil måleresultaterne blive betragtet som valide data. Selve temperaturmålingerne er fortaget på eksisterende termometer og PT 100 føler. Disse termometre er placeret i følerlommer rundt om i maskinrummet det kan eksempelvis være i fremløbsrøret fra maskinrumskedelen. Se figur 2 Figur 2: Principtegning af målingerne der er fortaget Følerlommen er en cylinder, der er lukket i bunden. Følerlommen har et ydre gevind, så følerlommen kan udskiftes, og et indre gevind så føleren kan skures fast i den. Disse følerlommer skal helst være fyldt med væske for at få en præcis måling. Hvis der er luft i lommen bliver målingen upræcis, da stillestående luft isolerer. Følerlommer på vandrør er som oftest fyldt med vand, da man derved undgår at få forurenet vandet med eksempelvis olie, hvis følerlommen skulle springe læk. Det er dog ikke muligt her at finde usikkerheden på målingerne, der vises på de gamle kviksølvstermometre eller på temperaturmålingerne i SRO anlægget, mere om dette i afsnittet med usikkerheder. Endvidere er det samme tilfældet med hensyn til sejladsen, her havde jeg både adgang til maskinens dagbog, hvor der bliver ført journal, over hvornår hovedmotor og hjælpemotor bliver startet og stoppet, men også broens dagbog, hvor de skriver, hvor skibet er, og med hvilken fart skibet sejler. Jakob Mule Rasmussen Side 12 af 42
Igen to af hinanden uafhængige dataindsamlinger, der vil dog blive taget udgangspunkt i dagbogen fra broen, da den bedst beskriver, hvad skibet laver. Data i broens dagbog er blevet til ved, at den vagthavende på broen har noteret, hvornår sejladsen er startet og med hvilken fart skibet går. Det gøres ud fra uret på broen og fartvisningen på styrepulten. Derudover noteres positionen fra skibets GPS- system ned i dagbogen, så man til enhver tid kan rekonstruere sejlruten, det er lovpligtigt og skal derfor foretages med jævne mellemrum. Det samme sker i maskinrummet. Her noteres, hvornår de enkelte motorer kører ud fra uret i kontrolrummet, disse ting noteres ned, så man blandt andet kan lave månedens NO x regnskab, og man kan gå tilbage i maskinrumsdagbogen og dokumentere den drift, man har haft. Udover de indsamlede data, der er blevet behandlet og vurderet kritisk, er de også blevet behandlet i forhold til en masse teoretisk viden. Teoretisk viden Dette afsnit vil blive brugt til at skildre noget af den teori, der vil blive anvendt, og hvor jeg har min viden fra. I rapporten er udgangspunktet for optimeringsforslagene, at al energi er underlagt termodynamikkens 1. og 2. hovedsætninger. Første hovedsætning: Den bygger som sagt på en erkendelse af, at energi ikke kan forsvinde eller opstå af intet. En erkendelse, som ikke kan bevises - men som heller aldrig er blevet modbevist! 8 Det vil sige: at tænder man for en kogeplade og sætter en gryde med vand på den, vil vandet få tilført energi i form af varme fra kogepladen. I følge teorien vil kogepladen afgive samme mængde energi som vandet i gryden så får tilført. Dog vil det i virkeligheden ikke kunne lade sig gøre at overføre al energien fra kogepladen til vandet i gryden, der vil være et energitab i overførslen, fordi noget af energien vil blive optaget af omgivelserne, eksempelvis luften. Det leder frem til termodynamikkens 2. hovedsætning: At selv om energien er konstant, er den ved de forskellige processer underlagt en vis værdiforringelse, den bliver stadigt sværere tilgængelig for praktisk udnyttelse. 9 I det før omtalte eksempel med gryden kan energien, der opvarmer luften, ikke i nær så høj grad bruges til at opvarme vandet i gryden, som varmen fra kogepladen kan. Ved at energioptimere får man anvendt mere af den tilførte energi til brugbare formål, end tilfældet var før optimeringen, og derved opnår man at få et mindre spild af energi altså en bedre virkningsgrad og i rapportens tilfælde et grønnere regnskab. Udover viden om termodynamikkens 1. og 2. hovedsætning vil der til rapporten også blive brugt meget anden viden. Viden der hovedsageligt kommer fra undervisningen og bøger brugt på Aarhus 8 Termodynamik, 2. udgave, 1. oplag 2007, Nyt Teknisk Forlag, ISBN 978-87-571-2613-6 Side. 27 9 Termodynamik, 2. udgave, 1. oplag 2007, Nyt Teknisk Forlag, ISBN 978-87-571-2613-6 Side. 63 Jakob Mule Rasmussen Side 13 af 42
Maskinmesterskole, men også fra besætningen ombord på Beta. Den viden, jeg så alligevel manglede, fik jeg via kontakt til rederiets hovedkontor i Oslo og de firmaer, der producerer de komponenter, jeg manglede viden om. Nu er der skabt en forståelse for BB s udfordringer, og de metoder der vil blive anvendt i rapporten. For at kunne finde nye indsatsområder med hensyn til miljøoptimering er det vigtigt at vide, hvordan skibet er opbygget. Jakob Mule Rasmussen Side 14 af 42
Generel beskrivelse af skibet I dette afsnit vil de vigtigste komponenter, set i forhold til rapporten og de valgte optimeringsløsninger, blive gennemgået for at skabe en bedre forståelse. Arbejde ombord Ombord på skibet bor og arbejder 11 mand, de er der i en periode af 28 dage ad gangen, før de bliver udskiftet med en anden besætning. I maskinen er der maskinchefen, førstemesteren og anden mesteren. De arbejder i dagtimerne og har sovende nattevagt, det vil sige: Går der en alarm i maskinen om natten, er der en af maskinmestrene, der får alarmen i sin kahyt. Han skal reagere på den, før hovedalarmen går og vækker alle på båden. På dækket er der chefmatrosen, to matroser og en matroskadet, de to matroser og matroskadetten deler brandvagten i maskinen og på dæk om aftenen og natten. På broen er der kaptajnen, overstyrmanden og førstestyrmanden, de deler vagten, så broen altid er bemandet af en officer. Da der skal være 2 personer på broen, deler to matroser nattevagten, så der to på broen, en officer og en matros. Der er tolv kahytter ombord, hvor de 11 besætningsmedlemmer bor. Hver kahyt er indrettet med en seng, et sofabord og en sofa samt tv, udover det er der et badeværelse. Da Beta er et gammel supply skib, er der et fuldt udstyret hospital ombord. I bunden af skibet er der indrettet en sovesal, hvor der kan sove 10 personer ad gangen. Sovesalen bliver taget i brug, hvis Beta bliver kaldt ud til et forlis, hvor der er overlevende, der skal have et sted at sove. Maskinen Her vil der blive afdækket de maskinrumsdele, der har betydning for rapporten. Nogle af disse dele er afbilledet på figur 3. Hovedmaskineri Beta er udstyret med fire hovedmotorer af typen Wickmann 6AXAG/490 RPM, hvor hver har en ydelse på 2640 BHP (1968,65 kw) altså en samlet ydelse på 7874,6kW. Disse hovedmotorer er parvis koblet til hver sit gear, der igen via propellerakslen er koblet til hver sin propel. Hovedmotorerne bliver under sejlads også brugt til at Figur 3: Principtegning af de komponenter der bliver omtalt Jakob Mule Rasmussen Side 15 af 42
producere strøm til skibets hovedtavle i kontrolrummet. Det sker ved hjælp af to akselgeneratorer, der sidder på hver deres gear. Generatorerne er af typen Siemens hver med en effekt på 1256 kw ved 1800 omdrejninger, de kan give en spænding på 440VAC ved 60Hz. Når hovedmotorerne ikke er i drift, eller der er brug for mere strøm end der produceres, kan der startes en eller begge hjælpemotorer, som derefter kan kobles ind på hovedtavlen i kontrolrummet. Se figur 3. Hjælpemotor Udover hovedmotorerne har Beta som sagt også hjælpemotorer ombord. Det er to nye hjælpemotorer af mærket Scania, det er af typen DI 12 62M, som er blevet leveret af Nordhavn A/S. Hjælpemotorerne er placeret i hver sin side af skibet. På hver hjælpemotor er der påbygget en generator fra Mecc Alte af typen ECO 40-1S/4, hver af generatorerne kan producere en effekt på 394 kva med en frekvens på 60 Hz og en trefaset spænding på 440V ved 1800 omdrejninger pr. minut. Strømmen, der produceres på dem, forsyner hovedtavlen. Hovedtavlen er bygget sådan, at hvis man eksempelvis skal køre med thrusterne, kan man koble en hjælpemotor ind. Thrusterne er de store motorer, der driver de propeller, der sidder tværskibs, de bruges når skibet skal lægge til og fra kaj eller manøvrere. Man kan lægge den belastning over på hjælpemotoren, der ikke har noget at gøre med thrusterne. Derved er man bedre sikret mod transienter fra thrusterne. Transienterne er et problem for dataudstyret og andre fintfølende systemer ombord. Disse systemer er dog beskyttet af UPS-anlæg, disse emner vil ikke blive behandlet yderligere i rapporten. Normalt er det sådan, at hvis en motor kører med meget lav belastning, har den en ringere forbrænding af brændstoffet. Men de to Scania hjælpemotorer er opbygget sådan, at der er en computer, der går ind og regulerer på indsprøjtningsforløbet i motoren. Det vil sige, at når der skal indsprøjtes dieselolie, sørger reguleringen for, at det kun er cylindrene 1, 3 og 5, der får en indsprøjtning i den første cyklus. I næste indsprøjtes cyklus, er det 2, 4 og 6, der får dieselolien. Derved er det egentlig kun tre cylindre motoren kører på ad gangen 10. De tre andre følger bare med, men yder ikke noget arbejde. Dette gør at brændstoffet, der bliver brugt, bliver forbrændt ordentligt. Denne måde at styre forbrændingen på, kalder Nordhavn for Swift Power. Maskinrumskedelen Maskinrumskedelen er af samme type, som den på figur 4. Den kan enten fyres med dieselolie (det gøres i den lille røde kasse i bunden af Figur 4: Maskinrumskedelen 10 Referat af interviewet med Peter Jensen, ingeniør ved Nordhavn, der har leveret hjælpemotorerne Jakob Mule Rasmussen Side 16 af 42
maskinrumskedelen) eller med el, det er ved hjælp af de 4 varmelegemer, der sidder i toppen af maskinrumskedelen. Dette gør, at man kan varme vand selv om dieseloliebrænderen ikke virker, maskinrumskedelen er derfor meget driftsikker. Inde i maskinrumskedelen er der en stor vandtank, der kan rumme 540 liter vand (skitseret med blå farve på figur 5), det er dette vandreservoir, der varmes op af enten varmen fra den afbrændte dieselolie eller fra de elektriske varmelegemer. Vandreservoiret afgiver dernæst varmen til de to varmeveksler, der er monteret i vandreservoiret, derved kan varmen fra maskinrumskedelen transporteres Figur 5: Principtegning over maskinrumskedelen til ventilationsanlægget og preheateren ved hovedmotorerne samt til brugsvand i apteringen, mere om det senere. Mængden af vand i vandreservoiret er med til at holde på energien fra varmekilderne, derved har maskinrumskedelen en forholdsvis god virkningsgrad, i forhold til hvis ikke der var det vandreservoir. Vandet i de to varmeveksler, der er placeret i maskinrumskedelen, bliver varmet op til omkring 70 C, hvorefter det forlader varmevekslerne i maskinrumskedelen og bliver cirkuleret ud til de forskellige brugsenheder, herefter cirkuleres vandet rundt, indtil vandet i reservoiret er nede på en temperatur på 50 C. Maskinrumskedelen varmer igen vandet op til 70 C ved at starte en af varmekilderne. Ventilationsanlæg Apteringens varmesystem består dels af varmelegemer, der er placeret på de enkelte kahytters toiletter, dels af ventilation. Ventilationen er igen opdelt i to systemer, et indblæsningssystem og et udsugningssystem. Selve udsugningen er placeret på toiletterne og bliver trukket af en ventilator, der er placeret i ventilationsrummet ved siden af maskinrummet. Spjæld nederst i dørene i apteringen sørger for, at luften frit kan cirkulere i apteringen. Man har for noget tid siden sat en frekvensomformer på udsugningsmotoren, fordi man fandt ud af, at udsugningsmotoren sagtens kunne udskifte den luftmængde, den skulle ifølge lovgivningen. Derved blev støjen fra udsugningen mindre, hvilket også var meningen med at gøre dette. Indblæsningsdyserne er placeret i alle rum bortset fra toiletterne. Indblæsningsluften bliver taget ude fra det fri og suget igennem en ventilationskanal ned til ventilationsrummet, hvor den føres ind i et ventilationsanlæg. Her bliver luften filtreret og opvarmet. Opvarmningen sker ved at bruge varmt vand fra maskinrumskedelen. Det varme vand ledes til varmeveksleren i ventilationsanlægget, hvor Jakob Mule Rasmussen Side 17 af 42
det afgiver varme til luften, før luften sendes videre ud i ventilationsrørene i apteringen og ind i rummene. Fra maskinrumskedelen leder ventilationsanlæggets cirkulationspumpe det varme vand til ventilationsanlægget, hvor det bliver sendt ind i en varmeveksler, der opvarmer indblæsningsluften til apteringen. Når det varme vand forlader varmeveksleren i ventilationsanlægget, er det bare omkring 20 C varmt. Herefter returnerer det varme vand til maskinrumskedelen. På vej retur bliver det varmet op af den omgivende luft, da rørene ikke er isoleret. Ved ankomsten til maskinrumskedelen er vandet oppe på cirka 25 C. Det er en meget lav temperatur, vandet kommer tilbage til maskinrumskedelen med. Det betyder at energien, der er lagret i maskinrumskedelens vandreservoir, hurtigere kommer ned på et temperaturniveau, hvor varmekilden skal koble ind for at varme vandet op igen. Hovedmotorens preheater Hovedmotorernes preheater er en varmeveksler, der er placeret ved hovedmotor 4, den får varmen fra maskinrumskedelen. Det varme vand afleverer noget af sin energi til preheateren, der giver energien videre til hovedmotorernes ferskvandssystem, mere om dette senere. Når det varme vand fra maskinrumskedelen transporteres fra kedelen, har det en temperatur på 70 C. Når det forlader preheateren, før det løber tilbage til maskinrumskedelen, har det en temperatur på 50 C. Køling/opvarmning af hovedmotorerne Når en eller flere hovedmotorer kører, skal cylindrene og topstykkerne på hovedmotorerne køles, til dette formål bruges der blandt andet ferskvand. Vand på cirka 70 C ledes igennem cylindrene, hvor det er med til at holde temperaturen nede på cylindrene. Det gør at hovedmotoren kan arbejde optimalt. Når vandet forlader cylindrene, har det en temperatur på omkring 80 C 11. Herfra ledes vandet (via den blå rørledning på figur 6) til en ferskvandspumpe, der trykker vandet ind i ferskvandskøleren og derefter tilbage til hovedmotoren. Alt efter hvor mange hovedmotorer, man kører på, er der køling på en eller flere hovedmotorer. Man kører som oftest på de to hovedmotorer, der har samme ferskvandskøler. Det vil sige, enten kører man med hovedmotor 1 og 4 eller med hovedmotor 2 og 3. Derved bruger man kun en ferskvandspumpe og en ferskvandskøler ad gangen. Det gør, at der spares drifttid på dem, der ikke er i drift. Det er dog sådan som med alt andet ombord på et skib, at alt er dobbelt, derved kan man stadig holde gang i hovedmotorerne, selv om der er en defekt. Eksempelvis kan man pumpe ferskvandet fra hovedmotor 2 og 3 med ferskvandspumpen for hovedmotor 1 og 4 gennem ferskvandskøleren for hovedmotor 1 og 4 tilbage til hovedmotor 2 og 3, hvis der er en defekt på enten ferskvandspumpen eller ferskvandskøleren til hovedmotor 2 og 3 bare ved at stille på nogle ventiler i rørsystemet. De to ferskvandskølere til hovedmotorerne bliver kølet af søvand(de grønne rørledninger på figur 6). 11 Skibs dieselmotor, af Peter Storegård Jensen, 2.udgave, 5. oplag 2008, Gads forlag, ISBN 978-87-12 03115-4 Jakob Mule Rasmussen Side 18 af 42
Når hovedmotorerne ikke kører, skal de have varme for at kunne opretholde den rigtige temperatur. Dette gøres ved at maskinrumskedelen varmer vand op til 70 C, hvorefter det pumpes via en cirkulationspumpe ud i rørledningen, der fører det varme vand hen til hovedmotorernes preheater (via de røde streger på figur 6). Preheateren flytter varmen fra maskinrumskedelen og over til hovedmotorernes ferskvandssystem. Fra preheateren sendes det nu cirka 50 C varme vand tilbage til maskinrumskedelen for igen at blive varmet op og recirkuleret i rørsystemet. På den anden side af preheateren, er hovedmotorernes motorvarmesystem (den gule streg på figur 6), her pumpes Figur 6: Dette er en principtegning over køle/varme af hovedmotorerne det opvarmede ferskvand ud til hovedmotorerne. Ude ved hver hovedmotor sidder der en ventil, hvor man kan åbne og lukke for det varme vand til den enkelte hovedmotor. Det vand der kommer fra preheateren bliver sendt ind i cylinderen på samme måde som ved ferskvandkøling. Når vandet fra preheateren er kommet igennem cylinderen, passerer det forbi en afspærringsventil, der når, der er motorvarme på, står åben, før det igen returnerer til preheateren for at blive varmet op igen. Det vil sige, at sejler man på hovedmotorerne 1 og 4, er deres ventiler til motorvarmen lukket, da disse jo skal køles, mens ventilerne til hovedmotorerne 2 og 3 er åbne, da disse to skal holdes varme. Nu er de vigtigste maskindele gennemgået, så kan der analyseres på nogle af dem, og man kan udvælge de dele, der er fordelagtige at optimere på. Jakob Mule Rasmussen Side 19 af 42
Optimeringsforslag på røggas Det første, der er kig på, er at optimere på udnyttelse af spildvarme fra røggassen. Driftanalyse Et af værktøjerne til at finde den rigtige optimeringsløsning for Beta eller et hvilket som helst andet skib er at se på, hvordan skibet bliver anvendt. For at kunne se hvordan det bliver brugt, er der indsamlet data dels fra broens dagbog dels fra maskinen dagbog. De indsamlede data er blevet behandlet i Excel for at opnå bedre overskuelighed. (Se eventuelt bilag nr. 1 og bilag nr. 2) Ved at analysere driften af Beta kan man se(se tabel 1), at den i lidt over 50 procent af den tid, den er i operation, ligger for anker. Og at i den tid, den ligger for anker, produceres der strøm på hjælpemotorerne. Den tid, Beta ligger for anker, kører hovedmotorerne ikke. Ligeledes når Beta ligger ved kaj, er den ene af hjælpemotorerne nødt til at lave strøm til skibet, så man for eksempel kan bruge dækskranen til at løfte forsyninger ombord på Beta. Beta ligger ved kaj i lidt under 20 procent af den tid, den er i operation. Af de indsamlede data om Betas aktivitet ses det, at det i alt drejer sig om mere end 75 procent af tiden, at en af hjælpemotorerne producerer strøm. Dato Anker Ved kaj I fart Her af -øko. fart Antal timer i alt Antal timer i alt 1864,17 607,92 695,92 169,33 3168 Procent af samlet time forbrug 58,84 19,19 21,97 5,35 100,00 Drift tid på hjælpemotor i procent 78,03 Tabel 1: Her ses et uddrag fra bilag nr. 1 der skildrer driften af Beta I tabel 1 ses det, at Beta ligger 58,84 procent af den samlede tid for anker og 19,19 procent af den samlede tid ved kaj, det bliver til 78,03 procent af den samlede tid, hvor Beta kører på en af sine to hjælpemotorer. Samlet tid i procent = procent for anker + procent ved kaj 58,84 19,19 78,03% De data, der bruges i tabel 1, er tilvejebragt ved at studere dagbogen på broen. Dataene stammer fra perioden 7. juni til 16. oktober 2012. Da tallene selvfølgelig kan variere, alt efter hvilke opgaver Beta bliver kaldt ud på, betragtes det som værende ok at regne med at en af hjælpemotorerne producerer strøm i 75 procent af tiden. Denne procentsats kan variere meget, da mængden af sejltimer har stor indflydelse på, hvor mange timer en af hjælpemotorerne producerer strøm til skibet. Men hvis man skal vide sig helt sikker på, hvordan Beta driftes, så skal man have et ordentligt statistisk grundlag, og det vil i så fald tage et år, for man skal tage højde for årstidernes skifte. Det antages derfor, at driften af Beta, er som beskrevet. Da der bruges flest timer for anker og ved kaj, hvor den ene hjælpemotor skal producere strøm til skibet, er det nærliggende at kigge her efter en optimeringsløsning. Jakob Mule Rasmussen Side 20 af 42