Energioptimering på søvandskølesystem

Århus Maskinmesterskole Energioptimering på søvandskølesystem Golden Avenue Amar Al-Karradi 03-10-2014

Rapportens titel: Energioptimering på søvandskølesystem Rapporten er udarbejdet af: M11754 Amar Al-Karradi Uddannelsesinstitutionens navn: Århus Maskinmesterskole Uddannelsens navn: Maskinmester Rapportens art: Professionsbachelorprojekt Afleverings dato: 03.10.2014 Eksemplarer: 2 (+1 elektronisk upload) Antal normalsider (af 2400 tegn): 36,27 Antal bilag: 47 sider Vejleder: Lars Hansen Klasse: B2 Underskrift 2

Abstract: This project is the final part of the Marine and technical engineering education. The project contains the optimization of the cooling water system onboard vessels of Dannebrog Rederi. The project forms the basis for optimization of seawater pumps, saving the company for electrical energy consumption and approach more environmental solutions on their vessels. The basic principles of the system are that seawater is used to cool down freshwater through plate heat exchanger. The freshwater is in a closed circuit connected to different devices on the ship that also needs cooling. By keeping the seawater in a limited system, it is possible to minimize corrosion associated with saltwater circulation. In the light of this, it will be examined if there is a possibility to reduce the rotation speed of the seawater pump, so that the flow is being reduced. On this statement, there has been taken contact to several companies to ensure the best solution for the project. There has been calculated some solutions, that the company have to choose in between, to reach a modified seawater system when the ship is on voyage with low costs and power consumption. The solutions was, to reduce the revolutions of the seawater pumps and to implement some temperature transmitters to monitoring the in and out temperature through the heat plate exchanger. As a part of the solutions, there have been calculated how much the necessary flow, throughout the heat plate exchanger should be, and in which load condition. The operating conditions for the ship has been investigated and analyzed to determine the load condition, when for example the ship is using the freshwater generator or the differences between the load states. The second solution is, to find a replacement for a seawater pump, that has been leaking during the internship. One of the biggest pump suppliers DESMI could deliver the pump with low costs and therefore the pump has been chosen. The pump should do the task for the less required calculated flow through the heat exchanger. At the end of the project, as required from the company, a calculation of profitability from investments has been made, to ensure however the project should be implemented. At this point, there has been proven that, with a reduction of seawater pump revolutions is a fuel save from the generated electrical power grind. Additionally the environmental aspect of the optimizations is processed, so that it is possible to reduce the emitted flue gas emission. 3

Indhold Abstract:... 3 Forord... 6 Tak... 6 1.0 Indledning... 7 1.1 Problembeskrivelse:... 8 1.3 Problemanalyse:... 10 1.4 Problemformulering:... 11 1.5 Afgrænsning:... 12 1.6 Metode:... 12 1.7 Viden og Empiri:... 12 2.0 Virksomhedsprofil:... 13 2.1 Golden Avenue:... 13 3.0 Kølevandsystemets opbygning... 14 3.1 Generelt om kølevandssystemer... 14 3.2 Anlægsbeskrivelse af kølevandsystemet... 14 3.2.1 Søvandssystemet... 15 3.2.2 Ferskvandssystemet... 16 3.2.3 Pladevarmeveksler... 19 3.2.4 Systemet i drift... 19 4.0 Analyse af nuværende system... 21 4.1 Udlægningen af varmeveksleren:... 22 4.2 Søvandspumpen:... 24 5.0 Analyse af anlægget ved driften:... 25 5.1 Varmeveksleren under drift:... 25 5.2 Søvandspumpen under drift:... 26 5.3 Fastlæggelse af nuværende søvandspumpedrift... 27 5.4 Pumpens driftspunkt... 28 5.5 Det reelle søvandspumpe driftspunkt... 30 5.6 Bestemmelse af den nødvendige søvandsmassestrøm igennem hovedkøleren... 31 5.6.1 Varmetransmissions temperaturdifferencer... 32 5.6.2 Søvandsmassestrøm gennem hovedvarmeveksleren... 32 5.6.2.1 Kontrol af varme effektberegningen i varmeveksleren:... 36 4

5.6.3 Søvandsmassestrøm når FWG ikke er drift... 37 5.6.4 Manuelt regulering via by-pass ventil:... 40 6.0 Sammenligning mellem udlægningen og analyse:... 41 7.0 Optimerings muligheder... 43 7.1 Omkostninger ved energiproduktion... 43 7.2 Effekt aflæsning... 45 8.0 Optimeringer af søvandsanlægget... 46 8.1 Løsnings -og optimeringsmuligheder:... 46 8.0 Pumpeteori... 48 8.1 Omdrejningsregulering... 48 8.1.2 Affinitetsligninger... 49 9.0 Den nødvendige omdrejningsregulering... 50 9.1 Tryktabet gennem rørene til hovedveksleren:... 52 9.2 Ny søvandspumpe:... 54 10.0 Omkostninger:... 56 10.1 Materialeudvalg:... 58 10.1.1 Temperaturtransmitter:... 58 10.1.2 VLT (Frekvensomformer):... 58 10.2 Optisave (DESMI)... 59 11.0 Besparelsen ved frekvensstyring... 61 10.1 Tilbagebetalingen på investeringer... 62 11.0 Konklusion... 64 12.0 Kildehenvisning... 66 12.1 Links:... 66 5

Forord I forbindelse med niende og sidste semester på AAMS skal man, som studerende gennemgå et praktikforløb og efterfølgende udarbejde en projektrapport der danner grundlag for den mundtlige eksamen. Denne rapport tager udgangspunkt i, et praktikforløb hos Dannebrog Rederi A/S i Rungsted. Efter en samtale med fleetmanageren blev det en realitet, at jeg, som studerende kunne påmønstre et af deres skibe. I den forbindelse har jeg været ombord på olie og kemikalietankeren Golden Avenue i 2 mdr. og 15 dage i foråret 2014. Rederiet havde et ønske om, at undersøge optimeringsmuligheder af kølevandssystemet, maskinrumsventilation og belysning. Optimering af kølevandssystemet blev det endelige emne for dette bachelorprojekt. Projektet henvender sig primært til, folk med teknisk baggrund og interesse for energioptimering af skibe. Det forudsættes, at folk der læser rapporten, har kendskab til de maritime begreber og de grundlægende principper inden for pumpeteori, samt styringsprincipper. Billedet på forsiden viser olie og kemikalietankeren Golden Avenue, som rapporten tager udgangspunkt i og er hentet fra Stena Weco s hjemmeside. Tak Der skal lyde en stor tak fra forfatteren, til de folk som har været involveret i dette bachelorprojekt: - Besætning ombord på Golden Avenue i perioden d. 19/2 d. 04/5 2014 - Peter Laursen - Desmi Denmark A/S - Lars Hansen - Vejleder - Naseer Hussain - Ingeniørgruppen Lem - Claus Cording - Sondex (Pumper) - Mikkel Worm - Grundfos - Jeppe Malmmose - Alfa Laval Nordic A/S - Steen Larsen - MAK CAT-PON - Henrik Jørgensen - Sondex (varmeveksler) - Jacob Hemcker - Dannebrog Rederi A/S - Casper Daugaard - Danfoss VLT Drives 6

1.0 Indledning Som verdenen ser ud i dag er der meget tale om, at spare på energien eller forbruge energien på den meste korrekte og miljøvenlige måde uden, at det går til spilde. Olie, gas og andre fossilebrændstoffer er den primære energikilde, som driver alt maskineri i vores dagsorden. Overforbrug og forkert behandling af energien har medført den omdiskuterede globalopvarmning og CO2 udslip. I løbet af et årti er der allerede sat planer og projekter i gang for i fremtiden, at kunne beskytte og reducere afhængigheden af fossile brændstoffer, for samtidig at udnytte dem bedst muligt. Den Internationale Martime Organisation (IMO), arbejder kraftigt for at forbedre sikkerheden ombord på skibe men også at skabe klare regler for miljøbeskyttelse internationalt. Det er derfor i juli 2011, har de parterne verden over, samt IMO aftalt om en omfattende løsningspakke for reducering af skibsfartens CO2 emissioner, som trådte i kraft i januar 2013 1. Ændringerne i MARPOL (International Convention for the Prevention of Pollution from Ships) Annex VI inkludere et energieffektivt system for nye skibe og optimering af systemer på ældre skibe så de overholder kravene fra IMO, så man regner med en reducering på 25-30% af emissionsgasserne frem til 2030 2. Denne rapport omhandler energioptimering af kølevandssystemet på skibet, Golden Avenue, som sejler i Sydøstasien. Golden Avenue er en olie og kemikalietanker som pr. første og anden kvartal af 2014 har transporteret palmeolie fra Malaysia og Indonesien og videre til Bangladesh og Indien. Under praktikopholdet er der løbende blevet indhentet viden om, og indblik i skibets daglige drift. Opgaven tager derfor afsæt i den empiri, der blev indhentet i praktikperioden. 1 http://www.imo.org/ourwork/environment/pollutionprevention/airpollution/pages/default.aspx 2 http://www.imo.org/ourwork/environment/pollutionprevention/airpollution/pages/ghg-emissions.aspx 7

1.1 Problembeskrivelse: Inden man søger praktik ved de forskellige firmaer og rederier, skal man gøre sig overvejelser om, hvilken vej man vil gå og hvad man vil arbejde med når man er færdiguddannet. Da planen er at, tage ude og sejle når man er færdig som maskinmester er der taget kontakt til redderiet Dannebrog A/S for, at få forhandlet den fornødne aftale på plads. Forhandlingen gik ud på, at der skulle påmønstres på olie og kemikalietankeren Golden Avenue A/S. Formålet med dette var både at opnå sejltiden, men også at være med til og overvære hvordan de øvrige maskinmestre beskæftiger og bearbejder de forskellige problemstillinger, der er ombord på skibet. Ud fra praktikforløbet skulle man som praktikant udfærdige en rapport der kan være til gavn for firmaet i fremtiden. Allerede under samtalen ved forhandlingsbordet blev der diskuteret, hvilke emner der kunne være interessante at undersøge, da de mener, at der er spildenergi at hente. Under sejltiden ombord på Golden Avenue er der hele tiden blevet tænkt hen imod, en optimering på de forskelige anlæg. På baggrund af dette, er der blevet observeret flere objekter eller tilfældigheder, som kunne være et interessant punkt at udarbejde et projekt fra, som f.eks. belysning, udstødningskedlen, dampsystemet, maskinrumsventilation og kølevandspumper. Efter en nærmere observation af kølevandspumperne til hovedmotoren og A/E 3 under drift, blev der konstateret og bemærket, at der er en mulighed for en optimering af både pumperne, men også en reducering af el-forbruget. Den ene pumpe, som har en kapacitet på 150 m 3 /h, bliver brugt til, at pumpe søvand fra søkisterne og ind til pladevarmeveksleren. Søvandspumpen kører altid når hovedmotoren er i drift. Alt afhængig af søvandstemperaturen eller den nødvendige køling, er den eneste regulering til anlægget, et par håndbetjente By-pass ventiler, som forbipasserer vandet fra pladevarmeveksleren og ud til havet igen. Søvandspumpen til hjælpegeneratorerne har en kapacitet på 120 m 3 /h, og suger søvandet fra søkisterne og derefter bliver pumpeflowet fordelt mellem de tre generatorer. I denne situation er der særdeles observeret, at når der kun er en enkelt generator som er i drift, kører den store pumpe på 120 m 3 /h, selvom der ikke er brug for så meget flow. Reguleringen kan nogle gange ske ved, at lukke lidt i indsugningsventilen, som er placeret før pumpen for, at opnå tilfredsstillende vandflow gennem generatorens varmeveksler. Denne metode for flow regulering er forkert der kan opstår 3 Hjælpegeneratoren 8

kavitation og ødelægge pumpen. Disse situationer gav en anledning til, at udforske lidt mere i anlæggene og gav en ide om, at måske noget af energien kan hentes tilbage. På baggrund af problemet kan problemundersøgelsen forkortes i korte spørgsmål: Hvorfor er By-pass ventilen åben? By-pass ventilen åbnes fordi mængden af søvandet fra søkølevandspumpen til hovedvarmeveksleren er for stort. Det er derfor regulereingen sker ved hjælp af By-pass ventilen for at holde på den nødvendige kølebehov i hovedvarmeveksleren. Hvordan kan man optimere anlægget? Anlægget kan optimeres på flere forskellige måder f.eks. ved at udskifte til en ny søvandspumpe. Reducerer frekvensen på hele skibet så pumpens omdrejninger reduceres også. Forbedre by-pass ventilen til en elektronisk motorventil med en varmetransmitter. Omdrejningsregulering af søvandspumpen ved hjælp af en lokal frekvensomformer. Hvad er konsekvensen på en mulig optimering af anlægget? Ved at udskifte eller finde på en løsningsmulighed til anlægget, er hovedformålet ved dette, at spare på elektrisk energi. Elektriskenergi som er i form af nogle generatorer sæt, producerer strøm til diverse komponentener såsom søvandspumperne. Dette har en særdeles interesse for firmaet, da man samtidig overholder IMO kravene ved en reducering af CO2 produktionen og spare på pengepungen. Hvilken betydning har by-pass ventilen for anlægget når den er åben og lukket? By-pass ventilen åbnes når der ses på Trend skærmen med relevante værdier omkring temperatur og tryk i systemet, at når temperaturen på kølevandet til hovedmotoren falder. Søvandet strømmer nu gennem bypass ventilen og overbords uden nytte. By-ventilen lukkes når der ses at temperaturen på motorkølevandet stiger, dermed skal man køle ekstra på vandet, derfor ledes der mere igennem hovedkøleren og ikke gennem by-pass ventilen. Hvornår er By-pass ventilen åben? By-pass ventilen er åben heletiden når hovedmotoren er i drift under sejlruten. Under sejlturen reguleres by-pass ventilen manuelt afhængig af driften på hovedmotoren og havtemperaturen. Herunder er der tegnet en skitse over de nødvendige dele af kølevandssystemet som nemmere gør forståelsen af anlægget: 9

Figur 1: Skitse over søvand og ferskvands anlægget På figur 1, ses anlægget for søvandet og ferskvandet. By-pass ventilen på søvandssiden er den eneste regulerende enhed til flowet af søvandet gennem hovedveksleren. 1.3 Problemanalyse: Årsagen til dette problem er, at anlægget er overdimensioneret eller, at der ikke er taget højde for de forskellige komponenter, som på forhånd sat og arbejder sammen. Når man ser på, hvordan Bypass ventilerne bliver åbnet til at, ca. halvdelen af kølevandet finder vej overbords, kan man ikke andet end undre sig over hvorfor det er dimensioneret således. By-pass ventilen for hovedmotoren er observeret under drift til at åbne ca 9 omgange af 15. By-pass ventilen er en Bytterfly ventil og har en åbningskurve grad som er S formet. Under sejladsen varetages observationen løbene. Samtidig holdes der øje med, at når ferskvandsgeneratoren er i drift så ses der at, varmen aftager fra hovedmotorens kølevand i ferskvandsgeneratorens pladevarmeveksler og ikke i hovedmotorens pladevarmeveksler. Det varme kølevand fra hovedmotoren er på ca. 90 grader celsius når vandet finder udgang fra hovedmotoren. Under drift er ferskvandsgeneratoren i gang ledes det varme kølevand først igennem ferskvandsgeneratorvarmeveksleren og efter udgang har motorvandet en temperatur målt til ca. 67,5 grader celsius. Der bliver derfor åbnet mere for søvands by-pass ventilen da man 10

ikke ønsker yderligere køling af kølevandet da det skal holdes i balance med driften. Der skal køles nu fra 67,5 til ca. 38 grader celsius i stedet for de 90 grader som strømmer fra hovedmotoren. Køling af hjælpegeneratorerne, kan opdeles i to situationer, hvor den første situation er når skibet er i havnen og losser lasten, som i dette tilfælde er palmeolie. I denne situation, hvor framosystemet eller hydrauliksystemet er i drift for, at pumpe palmeolien ud fra skibstankene til de opstillede tanke i havnen, er der minimum to generatorsæt som er i drift. Grunden til to generatorsæt i drift er, at de skal dele effektlasen som er på ca. 259 kw 4 ligeligt, da hydraulik pumperne er i drift og selvfølgelig sikrer, at generatoren ikke svigter når de forskellige belastninger finder sted. I den anden situation, hvor skibet sejler normalt fra f.eks. Bangladesh til Indonesien er der kun et enkelt generatorsæt som er drift. I begge situationer er søvandspumpen i drift med fuld omdrejninger, hvor reguleringen sker manuelt ved, at lukke og åbne for ventilen på sugesiden af pumpen, hvilket kan forårsage kavitation på pumpehjulet. På baggrunden af det foregående afsnit, er der blevet udtænkt et par spørgsmål, som senere hen i rapporten vil blive uddybet og besvaret. Spørgsmålene lyder således: - Hvorfor åbnes By-pass ventilen under køling af hovedvarmeveksleren? - Hvad sker der hvis man lukker for By-pass ventilen? 1.4 Problemformulering: Ud fra ovenstående problemanalyse er følgende problemformulering udarbejdet: Hovedspørgsmål: Hvilke muligheder er der for optimering af kølevandssystemet? Ud fra dette udspringer underspørgsmålene: Hvad er det nødvendige kølebehov for Hovedmotoren? Kan en lukning af By-pass ventilen spare på energi? Hvor stor en besparelse i forbruget mellem det gamle kontra det nye system? 4 Bilag 1 11

1.5 Afgrænsning: Rapporten tager udgangspunkt i søvandssystemet på olie og kemikalietankskibet M/T Golden Avenue. Der tages også udgangspunkt i denne periode hvor praktikforløbet fandt sted. Det er ikke rapportens formål, at ændre opbygningen af anlægget, men giver eksempler på optimeringsmuligheder som forbedre driften. Der vil også afgrænses med hensyn til programmering af PLC styring, stigende brændstofpriser og vedligeholdelse. Ved sammenligning af resultater ses der kun på driften af skibet, som det har været i den periode, hvor empirien er indsamlet og observeret. 1.6 Metode: Projektet indledes med en beskrivelse af det eksisterende anlæg, og efterfølgende analyseres udlægningen af anlægget og en belysning af driften af anlægget. De to analyser bruges til, at vurdere, om der er forskel på driften og udlægningen. Der undersøges en metode til en optimering af det eksisterende anlæg. Til sidst vil der være en beskrivelse af, hvor rentabel metoden er eller forbedringen for firmaet. Dette gøres ved, at der tages kontakt til de firmaer der kan levere løsningspakker for projektet. Løsningerne sammenlignes og derfra vurderes hvilken løsning skal bruges. 1.7 Viden og Empiri: Driften er analyseret ud fra målinger udført på anlægget, under opholdet på skibet. Data er indsamlet ved hjælp af nogle måleudstyre som befandt sig på skibet under praktikken. Metoden, hvorpå disse data er fremskaffet, bliver gennemgået i afsnit 2. Ud over disse data anvendes der også empiri, som er opnået gennem omgang med det specifikke anlæg. Der er i rapporten valgt, at kombinere faglig viden fra lærefagbøger og relevante firmaer, så kvaliteten af indholdet opretholdes. 12

2.0 Virksomhedsprofil: Dannebrog rederi tilhøre en af flere afdelinger i WECO Group med speciale i tanker og tørlastskibe og operere i internationale farvande. Golden Avenue er en af de tankerskibe som Dannebrog rederi besidder og bliver brugt til at transportere palmeolie fra Malaysia og Indonesien til Bangladesh og Indien. I 2011 er der indgået en aftale med det svenske Stena Bulk og Dannebrog Rederi om at levere martimeløsninger eller transport til det Indonesiske palmeolieproducent Golden Agri-Resources (GAR) 5. GAR er verdens andenstørste palmeolieproducent og besidder af en areal på 471,1 kilohektar. Totalarealet svare til Fyn og Lolland tilsammen 6. 2.1 Golden Avenue: Dannebrog Rederi besidder to af de såkaldte RORO-skibe og seks tankerskibe, hvor Golden Avenue er en af dem. Golden Avenue er en olie og kemikalier tanker som primært bliver brugt til at transportere palmeolie i Sydøstasien. Golden Avenue har DWT 7 på 9224 og en længde og bredde på 117,6 x 19m 8. Skibet er udstyret med tre styks dieselgeneratorsæt af mærket Volvo-penta og 4takts hovedmotor af mærket MAK. Hovedmotoren er en 9 cylinder 4takts som operere på både diesel og Heavy Fuel Oil (HFO) og har en output på 2970 kw ved 750 o/min 9. 5 http://www.goldenstenaweco.com/#!about/cyg 6 http://da.wikipedia.org/wiki/fyn 7 Dead Weight Tonnage 8 http://www.marinetraffic.com/dk/ais/details/ships/636015985/vessel:golden_avenue 9 Bilag 2 13

3.0 Kølevandsystemets opbygning Dette kapitel omhandler skibets kølevandssystemer. Formålet med dette er, at give læseren en grundliggende forståelse af, hvordan systemet fungere som en helhed og, hvilke problematikker der blev fundet under praktikopholdet ombord på Golden Avenue. 3.1 Generelt om kølevandssystemer Alle former for fysisk arbejde medfører overskudsvarme, da man ikke kan udnytte energien hundrede procent. Det er nødvendigt, at denne overskudsvarme kontinuerligt bortledes for, at opretholde en konstant og passende driftstemperatur. Sammenhængen mellem, at levere det rigtige kølevand med den rigtige temperatur og tryk til motoren, er altafgørende for driften af motoren. Derfor er skibe forsynet med kølevandssystemer, som har til formål, at lede denne overskudsvarme fra systemerne og ud til havet. 3.2 Anlægsbeskrivelse af kølevandsystemet Materialerne der anvendes til fremstilling af motorerne, vil normalt ikke kunne tåle de meget høje temperaturer, der opstår under drift. Derfor er det nødvendigt, at der cirkuleres kølevand omkring de varmeste dele af motoren. Den mest enkle form for køling af en motor til søs vil være, at anvende havvandet. Der er imidlertid en række ulemper forbundet ved anvendelse af havvandet som direkte kølemiddel. Derfor er kølevandssystemet ombord på M/T Golden Avenue bygget i separate systemer. Ved det ene system udnytter den kolde temperatur fra havvandet. Og ved det andet system, har man ferskvandet, som cirkulere i motorens indre dele for, at køle dens komponenter ned og dermed føres ferskvandet ud i en fælles varmeveksler med havvandet, til køling af dens temperatur. 14

3.2.1 Søvandssystemet Nedenfor på figur 2, ses et forenklet rørdiagram over søvandssystemet til køling af hovedmotoren på Golden Avenue. 10 Figur 2: Søvandsanlægget Søvandet på Golden Avenue finder vej gennem High Seachest og Low Seachest, på dansk de såkaldte søkister. Søkisterne skiftes til, at åbnes separat alt efter skibets placering på havvandet og fragten. Man ønsker ikke, at indlede mudder, sand og snavs ind til kølevandssystemet, men samtidig skal der sikres, at der er tilstrækkelig nok havvand, som suges hen til pumperne, så de ikke kaviterer. Herefter kommer vandet gennem et søsugefilter, der forhindrer, at større objekter suges ind i pumperne og beskadiger dem. Søvandspumperne pumper vandet gennem røret via en kontraventil og dermed til pladevarmeveksleren og derved overbords. Søvandssystemet er udstyret med to søvandspumper, der fungerer som Billede 1: Søvandspumper backup for hinanden, hvis den ene skulle svigte under drift. Disse to pumper er af typen 10 Bilag 3: Søvandssystemet 15

centrifugalpumper og har en kapacitet på 150 m3 ved et differenstryk på 4,5 bar11. Pumperne er af h forskellige fabrikanter, hvor den ene af dem for nylig er blevet skiftet, da skibet var i dok i slutningen af år 2013. Den gamle pumpe, som er født med skibet er af kinetisk fabrikat fra firmaet Tianjin Pumps & Machinery Group Co.,Ltd. Den anden nye pumpe er dansk fabrikeret fra firmaet DESMI Danmark A/S. Hver pumpe er udstyret med et manometer før og et efter pumpen. Det gør det muligt, at aflæse pumpens øjeblikkelige driftspunkt via pumpekurven for pumperne, dette er ikke muligt på de gamle pumper. Dette er nyttigt i forbindelse med dataopsamling til dette projekt, og som indikation for om varmeveksleren er ved at trænge til en rensning. Ventilen der er monteret på rørstrengen imellem pumperne, står under normale driftsforhold altid åbent. Normalt er kun en pumpe i drift ad gangen. Kontraventilerne efter pumperne gør, at søvandet ikke presses tilbage igennem den stillestående pumpe. På denne måde kan søvandspumperne fjernbetjenes fra kontrolrummet uden, at det er nødvendigt, at dreje på ventilerne lokalt i maskinrummet, men dog ikke under reparationsmanøvrerne. 3.2.2 Ferskvandssystemet Nedenfor ses der et forenklet rørdiagram over ferskvandsanlægget. 12 11 Bilag 5: DESMI pumpen For hovedmotoren 12 Bilag 4: Ferskvandsystemet Figur 3: Ferskvandsanlægget 16

Ferskvandssystemet er det andet indre kølesystem, som har til formål, at køle anlægget med direkte fysisk kontakt med emnet. Ferskvandssystemet strømmer forbi flere komponenter, som er drift og som kan ses på figur 3. Ferskvandet strømmer forbi gearkassekøleren, brændstofoliekøleren, turbokøleren, hovedmotoren og motoroliekøleren. Alle disse komponenter er afhængige af nedkølingen fra ferskvandet, da de risikere en overhedning og dermed fatale konsekvenser på anlægget. Anlægget er opbygget således at vandet cirkulere rundt fra det ene punkt, i systemet, og slutter igen i samme punkt efter nedkøling og ændring i entalpien. Da mange af komponenterne ikke kan tåle høje temperaturer, har man opdelt ferskvandsystemet i to sektioner, lavtemperatur LT og højtemperatur HT. Disse to sektioner arbejder med to forskellige temperaturer og forsyner flere forskellige anlæg. Højtemperaturen HT strømmer fra hovedmotoren til luftkøleren. Vandflowet konfrontere en trevejsventil (V1) med en blandingstemperatur fra 72-90 o C. Trevejsventilen fordeler og regulerer det varme returkølevand. Jo varmere returkølevandet er desto mere vand leder den igennem til varmeveksleren for, at køle vandet ned. Jo lavere ferskvandet er i temperatur, des mere åbnes der for returventilen og vandet føres dermed tilbage til Figur 4: Trevejsventil V1. (Eget Arkiv) hovedmotoren med en temperatur på 72 o C. På den måde reguleres temperaturen i systemet. Termostatventilen består af tre mindre elementer, som er med til at sikre en sikker regulering af temperaturen. Maskinchefen mener, at denne termostatiske ventil ikke virker optimalt, da den nogle gange leder vandet retur til motoren med en højere temperatur end den burde. Det er en omstændelig affærer, at starte en reparation på udskiftning af termostatventilen eller trevejsventilen, da det kun er muligt når skibet ligger i tørdok på grund af, at systemet skal være tømt for kølevand. Trevejsventilen er den eneste reguleringsmulighed på HT siden, som skal sikre, at returvandet til hovedmotoren er 72 o C. Hvis man lader vandet gå igennem hovedkøleren og retur 17

til hovedmotoren ved 32 o C, udsætter man motoren for termisk stress og forårsager en stor risiko for motoren i, at revne i blokken og i andre temperatursensitive dele. På HT siden har man to regulerings situationer i forhold til, hvad det varme vand skal bruges til. Alt efter situationen, og brugen af det varme vand, kan man udnytte energien fra HT, som er på ca. 90 o C. Det udnyttes således, at man lader vandet strømme igennem en ferskvandsgenerator, og derved bliver der fremstillet rent drikkevand. I andre situationer, hvor skibet sejler gennem floderne ved Chittagong i Bangladesh, lukker man for ferskvandsgeneratoren, da søvandet er meget mudderet og snavset. Og man vælger dermed, at lukke for ferskvandsproduktionen og lader det varme vand strømme forbi hovedvarmeveksleren. Figur 3. LT, Lavtemperatur, systemet forsyner også andre eksterne varmevekslere, som ikke tåler høje temperaturer, eller, som ikke arbejder ved høje temperaturer såsom, gearkassen, brændstofoliekøleren, turbokøleren, og motoroliekøleren. Disse komponenter arbejder med en temperatur på 38 o C ved indgangssiden og derefter strømmer vandet videre og kollidere sammen med returvandet fra HT-siden eller ferskvandsgeneratoren og videre til hovedkøleren. Efter nedkølingen af ferskvandet fra hovedkøleren er der monteret en trevejsventil (V2 figur 3) med fire elementer, som sørger for, at forbipasserer vandet, som har en temperatur på 38 o C til forbrugerne. Ventilen returnerer vandet, som ikke er kølet nok ned, tilbage i systemet via by-pass rør-ledningen. Figur 8. Figur 5: trevejsventil for hovedkøler (V2). (Eget arkiv) LT vandet pumpes igennem systemet med en direkte drevet pumpe, som er monteret på hovedmotoren. Denne pumpe har den fordel, at den regulerer proportionalt efter hovedmotorens omdrejninger og derfor er det ikke nødvendigt at regulere dem manuelt. Ferskvandet strømmer igennem pumpen, som man kan se på figur 3 og derefter pumpes det videre til turbokøleren, gearkassekøleren, brændstofoliekøleren og hovedmotoroliekøleren. 18

3.2.3 Pladevarmeveksler Hovedvarmevekslerne har til formål at overføre overskudsvarme fra ferskvandssystemet over til søvandssystemet. Den tjener, som en adskillelse af de to systemer som muliggør brugen af ferskvand i størstedelen af systemet. Søvand i et kølesystem skaber problemer med saltaflejringer og biologiske belægninger, da disse skaber problemer med nedsat varmetransmission og flow i systemet. Derfor er det ønskværdigt, at så lidt som muligt af kølesystemet gennemstrømmes af saltvand. Efter varmeveksleren pumpes det nu opvarmede søvand overbord. Dimensionen på pladevarmeveksleren er på 59 m 2, og er designet til en temperatur på 120 o C ved 10 bars tryk. 13 Da rørføringerne er i direkte forbindelse med søen er den udstyret med en lukkeventil og en kontraventil. 3.2.4 Systemet i drift Formålet med kølesystemet er at bortlede varmen fra hovedmotoren så anlægget ikke overheder og opretholde en normal arbejdstemperatur. Når der bliver ringet fra broen og ned til maskinrummet om at piloten ankommer ved en givent klokkeslæt, gør maskinfolkene klar til afgang. I mellemtid har hovedmotoren været opvarmet ved hjælp af damp som opvarmer motorvandet til ca. 60 grader og en mindre pumpe cirkulere vandet rundt i motoren så varmen bliver fordelt i hver enkelt lille hjørne i motoren. Normalt når hovedmotoren skal startes er der en opstartsprocedure som man følge efter, men mange gange så har maskinfolket prøvet det før, så går de normalt efter rutinen. Opstartsproceduren indeholder de relevante systemer som skal startes og forberedes inden hovedmotorens opstart. Den vigtigste komponent til hovedmotoren er smøreolien som smører alle vigtige dele som f.eks. stempler, lejer, cylindervægge, ventiler osv. Smøreoliesystemet har sit separat oliesystem som smører og køler motoren ved hjælp af egen kølerveksler. Inden opstart af relevante hjælpesystemer til hovedmotoren skal man sørger for at der bliver produceret nok strøm af hjælpegeneratoren. Man har derfor mindst to hjælpegeneratorer i drift under manøvre. Før opstart af hovedmotoren skal der kontrolleres om der er olie og vandrester oven på stemplerne. Det gør man ved at tørne hovedmotoren i ca. 3 omdrejninger pr. minut 14 ved hjælp af en elektrisk motor som sidder på svinghjulet. Før kontrollen af hovedmotoren er det vigtigt at starte smøreoliepumpen til hovedmotoren og gearkassen så kontaktfladerne får tilstrækkelig nok 13 Bilag 6, Hovedvarmeveksler. 14 Maskinchefen Igor 19

smørelse og ikke tage skade ved kontrol. Efter ca. 10 minutter stoppes den elektriske motor og åbnes for udblæsningsskruerne oven på stemplerne og her blæses komprimeret luft oven på stemplerne for, at kontrollere om der er vandrester fra revnet cylindervægge og olie gennem stempelringe. Efter kontrol lukkes udluftningsskruerne og håndtaget til brændstofolien åbnes samt håndtaget til startluftsystemet. Nu er hovedmotoren næsten klar til start, men inden da startes brændstof og smørolie centrifugerne. Hovedmotoren startes og temperaturen på kølvandet stiger gradvist afhængig af belastningen og hastigheden på akslen. Efter start af hovedmotoren startes søvandpumpen og der med justeres massestrømmen af søvandet ved hjælp af by-pass ventilen afhængig af temperaturkurven som vist på figur 6 nedenfor. Figur 6: Trends for temperatur og tryk (Eget arkiv) Kurven for kølevandet skal holdes lig konstant under sejlturen. Ved ændringer af kurvens hældning, åbnes eller lukkes for by-pass ventilen afhængig af belastningen og søvandstemperaturen. Temperaturen på kølevandet på HT siden skal som omtalt før ligge omkring 72 grader celsius som returneres tilbage til hovedmotoren og bliver pumpet op igennem systemet igen. På tabellen neden under ses temperaturen som skal være i kølevandets HT systemet ved forskellige belastninger og omdrejninger: 20

Akseleffekt kw Belastning i % Antal Omdrejninger/min HT temp. Ind HT temp. Ud 743 25 472 83 90 1485 50 595 79 87 2228 75 661 75 83 2525 85 710 72 80 2970 100 750 66 75 Tabel 1: testen taget af MAK (bilag 7) Værdierne og temperaturskalaen er lavet efter en test 15 på hovedmotoren som en gang er foretaget og hvor maskinbesætningen retter sig efter. På tabellen ses der at kølevandets temperatur stiger ved lave omdrejninger og falder ved høje omdrejninger. Dette skyldes at man gerne vil have en fuld arbejdstemperatur (høje temperature) ved lave last og en lave temperatur ved højere last så man ikke risikere ved fejl og ødelægge anlægget. 16 Skibets er i drift normalt ved ca. 600-700 omdrejninger pr. minut. Kølevandet cirkulere i hovedmotoren og bliver pumpet rundt ved hjælp af to styks drevet pumper monteret direkte på hovedmotoren men hver en kapacitet på 60 m 3 /h og tryk ved 3,5 bar. 17 4.0 Analyse af nuværende system Temperaturen på havvandet er afgørende for kølesystemets evne til, at bortlede den producerede overskudsvarme. Skibe er oftest designet til, at kunne sejle overalt på kloden, under alle tænkelige forhold, og der er indbygget en stor grad af driftssikkerhed igennem designet af deres systemer. Et skib skal kunne holde til, at sejle under tropiske forhold såvel, som arktiske, og der er ofte krav fra klassifikationsselskaberne om, at skibe skal være dimensioneret til, at kunne fjerne 100% varmebelastning ved sejlads i søvand med en temperatur på 32 o C 18. Som det ser ud til, i området skibet Golden Avenue sejler i, har vandtemperaturen været på en gennemsnit fra 30-31 o C, som svarer til næsten det maksimale designs temperatur. 15 Bilag 7: Acceptance test record 16 Telefonisk samtale med Steen Larsen CAT. 17 Drevet pumper Bilag 8 18 Korrespondance med Steen CAT (bilag mappen under mails) 21

4.1 Udlægningen af varmeveksleren: Som en del af systemudlægningen er det nødvendig at tage hånd varmepladeveksleren og finde ud af hvor meget energi burde og blive afsat i veksleren. Efter at have taget kontakt til motorproducenten CAT-PON Marine Power 19 da de, har overtaget alt produktionen for MAK motorer, har de derfor hjulpet med til at fastlægge, hvor meget kølebehovet er for hovedmotoren. På bilag 8 20 er der ifølge deres tegning så skulle der være to forskellige veksler for både LT og HT systemerne. HT systemet bære den temperaturdifferens på 90 o C varmt kølevand og skal køles ned til ca. 72,4 o C og beregnet en afsættelse af varmeeffekt på 1224 kw i varmepladeveksleren. LT systemet bære med en mindre temperaturdifferens på ca. 47,8 o C fra hovedmotoren og motoroliekøleren. Varmeeffekten og afsættelsen i varmeveksleren er derfor mindre end på HT siden og er beregnet til at være på 685 kw. Temperaturen på udgangssiden på LT varmeveksleren skal ligge på omkring 38 o C. Den effekt som afsættes i kølerne er ved 100% belastning og ved sø temperaturen på 32 o C 21. Effekten kan afsættes ved følgende opgivne temperatur på bilag 8 og kan opdeles i to sektioner for systemerne LT og HT. For HT-systemet, kan effekten afsættes ved følgende temperatur: Type Temperatur i o C t SWInd 37,4 t SWUd 47 t FWind 90 t FWUd 72,4 Tabel 2. Temperatur i HT-systemet Som det ses så er temperaturen på Søvand-ind er på 37,4 o C da man har sat varmevekslerne i serie og har brug for en udgangstemperatur af søvandet på 47 o C. LT-systemet er udlagt ved følgende temperatur med en maksimal køleeffekt på 685 kw ved 32 grader celsius søvand: 19 Mail korrespondance med CAT Steen 20 Bilag 8, CAT-PON Marine Power 21 Mail korrespondance med Steen CAT Bilag under mails 22

Type Temperatur i o C t SWInd 32 t SWUd 37,4 t FWind 47,8 t FWUd 38 Varmevekslerne ifølge udlægningen skulle fjerne ved maksimum belastning varmeeffekten på 1224 kw (HT) og 685 kw (LT). Ved udlægningen er anlægget dimensioneret til, at søvandspumpen skal fjerne en samlet varmeeffekt på 1909 kw fra begge køler ved 32 o C søvand. Varmevekslerne kan naturligvis ikke fjerne mere effekt, end hvad ferskvandet har at afgive, og resultatet af en større driftsstørrelse vil dermed være, at opvarmningen af søvandet vil blive mindre, end systemet er lagt ud til. Dette kan ses af formlen 22 for varmeeffekt: Q = m c p Δt [kw] Når der sker en ændring og varmeeffekten P falder i effekten ved belastningen, bliver der nødt til at ske en ændring på den anden side af lighedstegnet. Den specifikke varmefylde cp er en stofkonstant, volumenstrømmen ændre sig ikke, da der ikke er nogen regulering på pumperne. Dermed kan ændringen kun ske ved, at temperaturdifferensen bliver mere eller mindre. På baggrund af det ovennævnte vil der hermed ses, hvor stor en volumenstrøm, der vil være nødvendig for at afsætte varmeeffekten ved fuld systembelastning, hvis de udlagte temperaturer på søvandet-ud opretholdes, og søvandstemperaturen ind sænkes fra de 32 C. Der vil nu ses først på LT siden: Beregningerne er foretaget for at beregne den nødvendige volumenstrøm ved ændring af søvandstemperaturen. Nedenstående tabel er beregnet på følgende måde. V = Tabel 3. Temperatur i LT-systemet Q 3600 c p Δt ρ = 685 3600 m3 113,01 23 3,94 (37,4 32) 1025 h Temperatur 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Flowmasse 16,3 17,2 18,3 19,4 20,8 22,3 24,0 26,1 28,5 31,5 35,1 39,7 45,6 53,6 65,0 82,5 113,1 22 Termodynamik bogen side, 237. 23 Termodynamikbogen side, Tabel 4 Temperatur og flowsystemet 23

Flow i m3 Tabellen viser den nødvendige masseflow for søvandet gennem veksleren ved ændring af søvandstemperaturen. På diagrammet nedeunder viser klart, at den nødvendige volumenstrøm ved søvandstemperaturer lavere end 32 C falder kraftigt. 120,0 100,0 80,0 Temperatur og flow for LT 60,0 40,0 20,0 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperaturen af søvand-ind Diagram 1 Temperatur og flowsystemet Der ses også at ved ændringen af søvandstemperaturen, falder den nødvendige flow af søvandet. Ved ændring af temperaturen fra 32 o C til 30 o C er ændringen i masse flowet på 27%. Så en potentiel regulering på søvandspumpen er en mulighed for besparelse af energi. HT veksler i følge udlægningen skulle være efter LT veksleren og søvandet strømmer igennem dem begge som vist på bilag 8. Ved ændring af den nødvendige søvandflowet ved indgangen af LT veksleren ændres der også ved indgangen af HT veksleren. Dette kan ses her. 1224 3,94 (47 37,4) 32,36041 1025 3600 113,01 m3 h Ved at beregne masseflow gennem HT systemet med maksimale temperatur af søvandet ved indgangen til veksleren efter udlagte temperature, får man samme flow som ved LT siden. Da vekslerne er i serie så ændrer flowet sig gennem veksleren heller ikke. 4.2 Søvandspumpen: Ved udlægningen, er søvandspumpen valgt fra motorproducenten MAK/CAT til at have et flow på 110 m 3 /h ved tryk 2,5 bar. Pumpen suger søvand fra søkisten og ind igennem først veksleren for LT 24

og derefter HT. For de værdier over pumpen kan der tegnes et anlægskarakteristik som viser anlægget ved udlægningen i næste afsnit. 5.0 Analyse af anlægget ved driften: For at kunne analysere anlægget ved driften, er det nødvendigt at fastlægge de situationer hvor anlægget er belastet med forskellige komponenter. Det er også nødvendigt at fastlægge, hvordan anlægget reagerer på ændringer i volumenstrømmen og til dette formål skal der bestemmes en anlægskarakteristik som viser de relevante masseflow igennem anlægget. Når der f.eks. kigges på den varmeeffekt, som anlægget er bygget til at fjerne, er under normal drift af anlægget slet ikke så stor som det, anlægget er udlagt til. Det skyldes, at systemerne, der er koblet på ferskvandssiden af kølesystemet, meget sjældent er i drift samtidig. For eksempel er det ved normal sejlads ikke nødvendigt at køre med mere end en hjælpemotor ud af tre, og der kører normalt ikke noget af hydrauliksystemet på dækket samtidig med hovedmotoren. Ligeledes vil der også kun bliver kørt med skibets aircondition, hvis der er behov for det. På ferskvandssystemet er der også indbygget en ferskvandsgenerator. Ferskvandsgeneratoren bidrager under drift med en negativ varmeeffekt til ferskvandet. Dette skyldes, at den bruger det varme vand fra hovedmotoren til at afdampe søvandet med. Ferskvandsgeneratoren kommer således til at virke som en ekstra kølekapacitet på skibet, når den er i drift. Ydermere vil den varmeeffekt, der afgives fra hovedmotoren variere i forhold til, hvor meget denne belastes. Variationen på motorens belastning påvirkes både af vejrforhold, lastekonditioner, den ønskede hastighed på skibet og meget andet. Den varmeeffekt, der er behov for at fjerne, vil således under drift af skibet være meget varierende afhængig af om: - Skibet ændrer hastighed/belastning - Ferskvandgeneratoren er i drift - Søvandstemperaturen ændring 5.1 Varmeveksleren under drift: Anlægget i virkeligheden under driften, er anderledes i forhold til udlægningen. På skibet Golden Avenue er der kun en enkel varmeveksler som er fælles for HT og LT systemerne. Hovedveksleren skal stadigvæk fjerne det maksimale varmeeffekt som hovedmotoren producere på 1909 kw 24. 24 Mail fra CAT-PON Marine Power. 25

Systemet er ombygget til at skelne mellem LT og HT siderne som vist på figur 3 Ferskvandanlægget med tilhørende komponenter som 3-vejsventiler og motorventiler. Ventilernes formål som omtalt før at opretholde de nødvendige temperaturer i hver deres system. 5.2 Søvandspumpen under drift: For at holde en konstant temperatur må der være balance i varmestrømmene til og fra veksleren. Denne balance kan forklares ved hjælp af figur 9: For, at opnå den ønskede temperatur på ferskvandsudgangssiden og vedligeholde den, må flowet på søvandssiden ikke ændre sig. Dette betyder at temperaturen på indgangssiden af søvandet er fast, hvilket er fysisk umuligt, hvis skibet sejler i verden syv have. Da skibet sejler primært i Sydøstasien men nogle gange omkring Kina så kan temperaturen svinge mellem 2 og 30 graders varme 25. Ellers så sejler skibet i ca. 30 26 graders varme det meste af tiden. Reguleringen på søvandsanlægget i skibet Golden Avenue har været Figur 7: Princip skitse for Varmeveksler (Eget arkiv) udført ved, at åbne by-pass ventilerne, som vist på figur 6. Pumpemassestrømmen er konstant ved maksimalomdrejninger på søvandspumpen, og det ønskede kølebehov afhængig af belastning. Søvandsmassestrømmen kan kun ændres ved, at åbne ventilerne V56 eller V39. Ved at åbne Bypass ventilerne ledes noget af vandmassestrømmen overbords, da et stort flow ikke er nødvendig. Under normale driftsforhold åbnes ventilen V56 til ca. 55% af dens fulde åbningsgrad for, at opretholde det nødvendige kølebehov i hovedveksleren. Identifikationen af åbningsgraden på ventilen V56 er udregnet ved, at åbne ventilen 100% og dermed regulere ned, eller lukke for ventilen indtil temperaturen og trykket passer ind på skærmen i maskinrummet. Når søvandstemperaturen ændrer sig, regulere man igen ved, at åbne eller lukke for ventilen manuelt. Dette gøres af den person, som har vagt i maskinrummet. Ud fra et energimæssigt synspunkt er det ikke optimalt at have en relativ stor pumpe, som leverer et konstant flow til systemet blot for, at ventilen så leder en stor del uden om køleren hvor det ikke tjener et formål. I stedet for, at lede uden om køleren, er der et muligt 25 http://www.mitrejsevejr.dk/l/vejret-kina-vejrudsigt-temperatur-klima.php 26 Bilag 9: Søvandstemperaturen under praktikperioden. 26

potentiale for energioptimering ved, at gøre søvandspumpernes flow variabelt, samtidigt med, at hele flowet nu gennemstrømmer køleren på søvandssiden. 5.3 Fastlæggelse af nuværende søvandspumpedrift Når driftspunktet skal findes er det nødvendigt at tegne en anlægskarakteristik der skær pumpekurven i et punkt som kaldes driftspunkt. Inden man begynder at finde anlægskarakteristikken, er det nødvendigt, at finde ud af, hvilken anlægstype, man arbejder med. Der skelnes mellem lukkede og åbne anlæg. Åbne anlæg er kendetegnet ved, at være et anlæg, der flytter en væske fra et sted til et andet. Et lukket anlæg kendetegnes ved, at være et anlæg, hvor væsken cirkuleres, så den ender samme sted, som den kom fra. 27 Søvandssystemet på skibet kommer i kategorien, et lukket anlæg, fordi vandet blot cirkuleres gennem rørsystemet og komponenterne og afleveres samme sted, som det blev suget ind. Der skal således ikke bruges energi på, at løfte vandet op, da det bliver ført ned til det samme niveau igen. Der er to måder, at finde anlægskarakteristikken på. I designstadiet kan der regnes en teoretisk anlægskarakteristik ud ved, at kende karakteristika for alle anlæggets enkelt dele. Fabrikanten opgiver oftest modstandstal for komponenten i forhold til væskehastigheden. Disse modstandstal kan omregnes til et trykfald, og de enkelte trykfald kan lægges sammen til et samlet tryktab for hele anlægget. En anden måde at finde karakteristikken på er, at foretage nogle målinger på det færdige anlæg under drift. I et lukket anlæg starter anlægskarakteristikken altid i punktet (Q,H) = (0,0), da pumpen kun skal tilføre en energi, der svarer til det tryktab, der er i anlægget. Altså gælder følgende for et lukket anlæg: 28 H tab = H pumpe Anlægskarakteristikken, der viser tabene i anlægget følger formlen: H tab = K Q 2 [mvs] 29 hvor: - Htab er tryktabet, K er systemets specifikke modstand og Q er volumenstrømmen. 27 Thomas Heilmann side 13 28 Thomas Heilmann side 31 29 Thomas Heilmann side 37 27

Som det ses af formlen, vil anlægskarakteristikken være en parabel, der afhængig af K-værdien er meget stejl eller meget flad. En høj K-værdi vil give en stejl anlægskarakteristik og en lille K-værdi vil give en flad anlægskarakteristik. De ovenfor beskrevne modstandstal for komponenterne kan gennem ovenstående formel regnes om til en K-værdi. Det er dermed muligt at bestemme en K- værdi for de enkelte komponenter eller dele af anlægget. 5.4 Pumpens driftspunkt Mængden af kølevandet igennem søvandssystemet bestemmes ud fra søvandspumpernes pumpekurve og ved, at måle differenstrykket hen over pumpen. Det er nødvendigt, at kende pumpes driftspunkt for, at kunne tegne en anlægs eller en pumpekarakterstik. Ved at aflæse manometrene, som er placeret henholdsvis lige før og efter pumpen, kan differenstrykket findes over pumpen. Differenstrykket indsættes i pumpekurven og det nuværende driftspunkt kan aflæses. Trykket hen over pumpen er 3,8 bar ved en søvandspumpe i drift, og er målt via manometre monteret til formålet af pumpeproducenten. Ved at indsætte differenstrykket 3,8 bar i Y-aksen vil dette svare til volumenstrøm af søvand på 235 m 3 /h, figur 7 pumpekarakteristik 30. Figur 8: ME søvandspumpe karakteristik Dette giver en mulighed for, at beregne og indtegne anlægskarakteristikken, som normalt vil være en parabel der viser, at trykdifferensen over anlægget vokser med flowet i anden potens: 30 Bilag 5 DESMI pumpen 28

H [bar] Δp = ρ g H = K Q 2 31 Anlægskonstanten findes for anlægget og anlægskarakteristikken tegnes ind i pumpekuren. K = H Q 2 = 3,8 = 6,881 10 5 2352 På baggrund af formlen ovenfor kan tabellen konstrueres for nuværende driftspunkt og påtænkte driftspunkt: K = H Q 2 = 4,5 150 2 0,0002 Q (m3/h) 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 H (bar) 4,80 4,79 4,70 4,63 4,50 4,20 3,80 3,3 2,60 1,80 H_anlæg_nu 0,00 0,1 0,4 1,0 1,8 2,8 4,0 5,4 7,0 8,9 H_påtænkt 0,0 0,3 1,3 2,9 5,1 8,0 11,5 15,7 20,5 25,9 Tabel 4: ME søvandspumpe karakteristik Der kan nu indtegnes et anlægskarakteristik for pumpen DESMI NSL 125-330/D02, der illustrerer pumpedriften når By-pass ventilen ombord på skibet er åben: 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 Q [m^3/h] Pumpekurve Nuværende Anlægskarakterisk Påtænkte Anlægskarakteristik Diagram 2: Anlægskarakteristik for ME søvandspumpe 31 Thomas Heilmann, side 12 29

Som det kan ses i anlægskarakteristikken (diagram 2), er søvandspumpen designet til, at køre i et driftspunkt på 150 m 3 /h ved et differenstryk på 4,5 bar 32. Differenstrykket over pumpen er dog kun målt til 3,8 bar via de påmonterede manometre, hvilket betyder, at modstanden i systemet er mindre end man havde beregnet fra værftets side, da skibet blev bygget. Det er altså væsentligt lettere for pumpen, at trykke vandet igennem systemet end beregnet. Det ses på pumpekurven at driftspunktet i realiteten er ved et væsentligt højere flow end beregnet, da modstanden som nævnt er mindre. I stedet for de påtænkte 150 m 3 /h er flowet på 235 m 3 /h, og pumpen skal derfor have tilført en større effekt, som ses ud fra den øverste linje på bilag 4. Den sorte kurve med grønne prikker på diagram 1 markerer stedet for det påtænkte driftspunkt. Der kunne ikke rigtig findes pumpekurver af den udlagte pumpe til 2,5 bar ved 110 m 3 /h. Den udlagte pumpe er bestemt af motorproducenten som skulle være stor nok til at fjerne den afsatte varme fra hovedkølerne ved maksimale last og søvandstemperaturer. Under opbygningen af skibet ved værftet, har man fundet ud af, at der skal bruges en ferskvandsgenerator til produktion af ferskvand om bord. I den forbindelse er der har man koblet ferskvandsgeneratoren mellem vandstrækingen fra hovedmotoren og hovedveksleren for at udnytteenergien fra det varme motorvand. Med en enkel varmeveksler der skal klare temperaturene fra HT og LT, er der monteret en pumpe med kapaciteten 150 m 3 /h som belyst læggere oppe. 5.5 Det reelle søvandspumpe driftspunkt Søvandssystemdriften arbejder normalt med By-pass ventilen åben for, at balancere det eksakte kølebehov i hovedvarmeveksleren. For søvandspumpen betyder det, at pumpen arbejder med et lavere pumpetryk end systemet er designet til og dermed føres der mere unødig vandmassestrøm igennem systemet, som ender med, at ledes overbords før indgangen af hovedvarmeveksleren. Under et forsøg på skibet har der været en mulighed for, at teste systemet ved, at lukke By-pass ventilen V56 (figur 3). Før testen gik i gang har man tænkt på, hvad der kunne ske hvis By-pass ventilen lukkes helt og om der kunne tænkes, at pumpedriften kunne ramme dens designpunkt ved 4,5 bars tryk og 150 m 3 /h. Ved fuldlukningen af ventilen kunne der observeres på manometrene over pumpen, at trykket stiger mellem 5-5,5 bar, hvilket er over pumpekurvegrænsen. Konstateringen fra testen har været, at systemets modstand er højere end hvad pumpen arbejder med ved de antal omdrejninger. Efter en samtale med pumpeteknikeren Mikkel Worm fra Grundfos 32 Bilag 5: DESMI pumpe kurve 30

er der konstateret at, pumpen på skibet er for stor til opgaven. Der skabes derfor en for stor modstand i systemet ved at lade hele flowet strømme igennem rørene og køleren. Når differenstrykket stiger ved lukningen af by-pass ventilen mellem 5-5,5 bar, hedder at, pumpen køre på en lukket ventil og det den minimale kølemængde den kan presse igennem systemet. Det bedste måde at beregne hvor stor kølevandsmængde der strømmer gennem hovedkøleren på er, at montere en Clamp-on flowmeter på rør strækningen inden køleren. Ved monteringen af clampon flowmeter på røret vises der, hvor meget væske elektroniskvis strømmer igennem køleren. På skibet under praktikperioden da der skulle testes, har der ikke været mulighed for at skaffe sådan et udstyr. Pumpeteknikeren Mikkel Worm også siger, ved at køre med en lukket ventil over en længere periode vil den tilførte energi til pumpen i stedet blive tilført til mediet og hermed søvandet. Det betyder at man opvarmer søvandet i stedet for at pumpe mediet igennem systemet, som senere vil forårsager en akselutæthed eller en ødelæggelse af pumpehjulet. Man kan derfor beregne hvor meget er temperaturen når mediet bliver varmet op af pumpen ved en lukket ventil. Formlen er fremskaffet fra Mikkel Worm, Grundfos i bilag 10. På grund af mangel på nogle data værdier for udregning af temperaturen ved lukket ventil, undlades udregningen her. Pumpen arbejder normalt med fulde omdrejninger ved 1764 omdr/min. Det er derfor vigtigt at vide, hvor meget køleeffekt og mængden af kølevand anlægget har brug for. I næste afsnit i rapporten vil der blive udarbejdet beregninger for, hvorledes det er nødvendigt, at reducere omdrejningerne på søvandspumpen, så det balancerer sig med modstanden i systemet og det nødvendige kølebehov igennem hovedvarmeveksleren. Der vil også blive udarbejdet en beregning, som skal vise den virkelig brug af kølevandet og dermed en ny kølepumpe med et andet driftsdesign. 5.6 Bestemmelse af den nødvendige søvandsmassestrøm igennem hovedkøleren Ved en ideel optimering af kølesystemet, er det nødvendigt, at afklare hvor meget søvandsmassestrøm der skal igennem hovedkøleren for, at mætte det nødvendige kølebehov. Det er derfor vigtigt, at udregne den optagne varmemængde i hovedkøleren fra ferskvandet, som skal tilføres søvandet. Når effekten af den tilførte varmemængde til søvandet udregnes, kan man ved hjælp af varme transmissionsformelen udregne den nødvendige søvandsmassestrøm. I det næste afsnit vil der blive forklaret hvilke varme transmissionsformler der er relevante, at bruge. 31

5.6.1 Varmetransmissions temperaturdifferencer Når to medier med forskellige temperaturer holdes adskilt fra hinanden af en varmeflade, vil der igennem varmefladen overføres varme fra det varmeste til det koldeste medie. Det sker f.eks. i en varmetransmissionsveksler, hvor der pga. temperaturforskellen overføres varme fra det varmere vandmedie til det koldere søvand. Formlen for varmetransmissionen er: Φ = U A (t ind t ud ) 33 Som det ses af formlen, er størrelsen på mediernes temperaturdifferens (t ind t ud ), af betydning for varmetransmissions størrelsen igennem varmefladen. Ved anvendelse af denne formel antages det ligeledes, at både ferskvandets og søvandstemperaturerne er konstante størrelser. Ved nøjagtige beregninger af varmetransmissionen skal der tages hensyn til ferskvandets faldende og søvandets stigende temperatur og i dette tilfælde skal følgende formel anvendes: Φ T = U A Δt 34 m hvor Δt m kaldes varmemedies og koldemedies middeltemperaturdifferens, dvs. gennemsnitlige temperaturdifferens igennem hovedveksleren. Temperaturdifferensen også kaldet den logaritmiske middeltemperaturdifferens og forkortes LMTD. Ved udledning af middeltemperaturdifferensen LMTD kan formelen anvendes således: Φ = U A Δt 1 Δt 2 ln ( Δt 35 1) Δt 2 Med den sidste formel kan man beregne med mere nøjagtighed og dermed kun observere temperaturene ved indgangen og udgangen af hovedvarmeveksleren, hvilket er gjort under opholdet i praktikperioden. 5.6.2 Søvandsmassestrøm gennem hovedvarmeveksleren Der beregnes nu tre forskellige situationer hvor hovedvarmeveksleren er i drift. Bagefter bliver beregningerne opvejet mod hinanden for, at bestemme den rigtige mængde af kølevand der 33 Termodynamik, 2 udgave, side 225 34 Termodynamik, 2 udgave, side 237 35 Termodynamik, 2 udgave, side 234 32

strømmer igennem hovedkøleren. Den første situation er når ferskvandgeneratoren er i drift 36 hvor By-pass ventilen er åben. I afsnit 5.4 under Pumpens driftspunkt er pumpemassestrømmen fundet til 235 m 3 /h ved tryk på 3,8 bar, men ikke alt søvandet ledes ind igennem køleren, da noget af vandet overføres overbords. For, at finde den eksakte kølemassestrøm må man beregne den afsatte effekt i hovedkøleren. Dette gøres ved formlen: Φ = U A Δt 1 Δt 2 ln ( Δt 1 Δt 2 ) = [m 2 W m 2 K = W] K Temperaturene ved indgangen af hovedvarmeveksleren er målt under praktikopholdet og er observeret over en uge 37. På baggrund af dette er der blevet konstrueret en tabel herunder, som opstiller en middeltemperatur af temperaturerne for observations perioden. t søvandind t søvandud t ferskvandind t ferskvandud 32 0 C 42 0 C 57,7 0 C 38 0 C Tabel 5: Fersk og søvandstemperatur ved FWG er i drift Temperaturerne i middeltemperaturdifferensen samt arealet 38 og varmeovergangstallet 39 for hovedvarmeveksleren indsættes i formlen: (57,7 42) (38 32) Q = 2200 59 1308,9 kw 57,7 42 ln ( 38 32 ) Grunden til at der vælges en søvandstemperatur på 32 o C selvom den beregnede gennemsnitlig temperatur ligger på 30 o C er, at der dimensioners efter maksimale søvandstemperatur for at sikre anlægges ikke bryder sammen. Som det kan ses er resultatet på 1308,9 kw, den afsatte effekt i hovedvarmeveksleren når ferskvandsgeneratoren (FWG) er i drift. Temperaturen på ferskvandet ved indgangen af 36 Bilag 3, Ferskvandsystemet 37 Bilag 9, Temperaturen af Søvandet. 38 Bilag 6, hovedvarmeveksleren 39 Bilag 6, Hovedvarmeveksleren 33

hovedvarmeveksleren ligger på omkring 57,7 o C. Den lave temperatur skyldes den optagne effekt fra vandet i ferskvandsgeneratorkøleren, til produktion af ferskvand ombord på skibet. Temperaturen reduceres af vandproduktionen ved FWG fra 89-90 til 67,5 grader og dermed ved udgangen af FWGkøleren blandes vandet med returvandet fra gearkassen og brændstofoliekøleren. Det varme vand blander sig og får en gennemsnitlige temperatur på 57,7 0 C. Vandblandingen kan også beregnes således: Figur 8: Vandblandingen fra FWG Ved at se på figur 8, er temperaturen fra ferskvandsgeneratorkøleren (FWG) på 67,5 o C og med et flow på 60 m 3 /h 40 som svarer til 16,43 kg/s, blander sig med returkølevandet fra gearkassen (GB) og brændstofoliekøleren. Blandings temperaturen fås ved hjælp af denne formål: ((m c Δt) + (m 2 c 2 Δt 2 ) + (m 3 c 3 Δt 3 ) = 0) 41 Ligningen opstilles således at den ubekendte som er i dette tilfælde blandingstemperaturen med står som en x-værdi og værdierne sættes i ligningen: 16,42833 (67,5 x) 4,187 42 = 16,42833 (x 47,8) 4,180 Ligningen løses for x vha. CAS-værktøjet WordMat. x = 57,7 o C 40 Bilag 8, fra CAT-PON 41 Termodynamikbogen side, 171 42 Termodynamikbogen side, 244 tabel 10,5 34

Blandings temperaturen er dermed fundet til 57,7 o C. Fra værftets side har man regnet med ved skibets design og opbygning, at temperaturen på returvandet fra hovedmotoren til hovedvarmeveksleren er kontinuerlig på 90 0 C. I virkeligheden ændrer temperaturen sig på returvandet alt afhængig af situationen og driften. Der kan nu regnes med hvor meget den nødvendige mængde af kølevand, der skal igennem hovedkøleren skal være for, at holde anlægget nedkølet. Da den afsatte effekt i hovedkøleren er kendt fra forrige udregning til 1308,9 kw og den specifikke varme kapacitet for saltvandet er 3,94 kj kg K. Temperaturerne for søvandet er opgivet i tabel 5, hvor den indsugede søvandstemperatur er på 32 grader og søvandstemperaturen ved udgangen af hovedveksleren er på 42 0 C. Søvandsmassestrømmen igennem hovedkøleren kan beregnes ved hjælp af denne formel: Φ k = q sø c p (t søud t søind ) <> q sø = Φ k 43 c p (t søud t søind ) Værdierne kan nu indsættes i formlen: q sø = 1308,9 kg 33,22 3,94 (42 32) s Massestrømmen kan nu omregnes til et volumemasseflow ved, at dividere med mediets densitet: Q = q sø 3600 ρ = 33,22 3600 1025 116,7 m3 h Der kan nu konkluderes fra resultatet, at den nødvendige vandmassestrøm og kølebehov, som strømmer igennem hovedkøleren er på 116,7 m 3 /h. Ud fra den nyfundne vandmassestrøm kan der også konkluderes, at søvandspumpen ikke nødvendigvis skal pumpe søvand med et flow på 235 m 3 /h, da 118,3 m 3 /h strømmer overbords ved hjælp af By-pass ventilen. Den mængde søvand på 118,3 m 3 /h som pumpes overbords, har en større kapacitet end den nødvendige kølevandsmængde, da det ses fra et optimerings synspunkt, hvilket er total energispild og ikke gavner anlægget på nogen former. Der vil beregnes og vises afhængigheden mellem den maksimale varme effekt og maksimale flow der skal igennem hovedkøleren når ferskvandgeneratoren er i drift. Ved at lade søvandstemperaturen-ud og ferskvandstemperaturen fast, kan ændringen af 43 Termodynamik, 2 udgave, side 237 35

Flow i m3 søvandstemperaturen-ind ændres fra 0 til maksimale temperatur på 32 o C. Tabellen nedeunder er udregnet ved hjælp af formlen: V = Q 3600 c p Δt ρ = 1308,93 3600 m3 116,7 44 3,94 (42 32) 1025 h Temperatur 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Flowmasse 27,8 29,2 30,7 32,4 34,3 36,5 38,9 41,7 44,9 48,6 53,0 58,3 64,8 72,9 83,3 97,2 116,7 Tabellen viser den nødvendige masseflow for søvandet gennem veksleren ved ændring af søvandstemperaturen. På diagrammet nedunder viser hvordan den nødvendige flow aftager ved søvandstemperaturer lavere end 32 C: 140,0 120,0 100,0 Tabel 6: Temperatur og flow på søvandet Temperatur og flow for systemet 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 0 5 10 15 20 25 30 35 Temperaturen af søvand-ind Diagram 3: Temperatur og flow på søvandet Ved ændringen af søvandstemperaturen aftager flowet kraftigt, da der ikke er brug for et stort flow for at fjerne varmeeffekten. 5.6.2.1 Kontrol af varme effektberegningen i varmeveksleren: For at kontrollere om beregningen af den afsatte varmeeffekt i varmeveksleren er rigtigt, kan der beregnes, hvor meget effekt afsættes i veksleren på ferskvandsiden. Da man kender masse strømmen, temperaturerne inde og ude og den specifikke varmekapacitet, kan man bruge denne formel: 44 Termodynamikbogen side, 237 36

P varme = m ρ45 3600 c p Δt Flowet omdannes til en massestrøm pr sekund ved at gange medvandets densitet og divideres med 3600. Den specifikke varmekapacitans indsættes for temperaturen på 57,5 og dermed andre værdier indsættes i formlen: 60 985,7 3600 4,182 (57,5 38) 1339,7 kw Den afsatte varmeeffekt på 1339,7 kw afviger ikke så meget fra den forrige beregning på 1308,9 kw, man kan derfor godt betragte at beregningen af den afsatte varmeeffekt i veksleren er rigtig nok. 5.6.3 Søvandsmassestrøm når FWG ikke er drift Under sejlturen er ferskvandsgeneratoren normalt i drift for produktion af ferskvand. Derfor er temperaturen på returvandet fra hovedmotoren til varmeveksleren reduceret. Der skal derfor nu beregnes og vises når FWG ikke er i drift når f.eks. skibet sejler i muddervand og ved vedligeholdelse. Temperaturen fra hovedmotoren strømmer nu ikke igennem ferskvandsgeneratoren (Figur 9), men direkte hen til hovedkøleren. Før vandet strømmer igennem hovedkøleren blandes vandet fra hovedmotoren med vandet fra gearkassen, som hver har forskellige temperatur. Dette betyder, at to systemer LT og HT blander sig sammen og dermed bliver temperaturen på ferskvandet reduceret til 67,3 grader. Figur 9: Ferskvandsforløbet uden FWG i drift 45 Termodynamikbogen side, 244 37

Beregningen for blandingstemperaturen kan regnes således: ((m c Δt) + (m 2 c 2 Δt 2 ) + (m 3 c 3 Δt 3 ) = 0) 46 Ligningen opstilles således at den ubekendte som er i dette tilfælde blandingstemperaturen med står som en x-værdi og værdierne sættes i ligningen: 16,42833 (90 x) 4,205 47 = 16,42833 (x 47,8) 4,180 Ligningen løses for x vha. CAS-værktøjet WordMat. x = 67,3 o C Som det kan ses i figur 9, kan forløbet af returferskvandet ses gennem anlægget, som er en blanding af HT og LT systemer. Systemerne blandes og får en gennemsnitlig temperatur på 67,3 o C, som den maksimale temperatur som returneres tilbage til varmeveksleren. Der skal derfor beregnes hvor meget kølevand der skal afsættes i hovedveksleren for, at holde temperaturen ved udgangen af ferskvandet på 38 grader celsius. Udregningen kan udføres ved samme formler som før, men temperaturen ved indgangen af det varme ferskvand og udgangen af søvandet ændrer sig. Der skal derfor sættes temperatur i formlen ved indgangen af ferskvandet til 67,3 o C og udgangen på søvandet på 47 o C. Effekt udregningen gennem hovedveksleren udregnes således: Φ = U A Δt 1 Δt 2 ln ( Δt 1 Δt 2 ) (67,3 47) (38 32) = 2200 59 1522,85 67,3 47 ln ( 38 32 ) Effekten der afsættes i hovedkøleren er på 1522,85 kw som har en effektforøgelse på ca. 214 kw end forrige situation. Den nødvendige kølemassestrøm for søvandet gennem hovedkøleren: q sø = 1522,85 3,94 (47 32) 25,8 Massestrømmen kan nu omregnes til en volumemasseflow ved at dividere med søvandets densitet: 46 Termodynamikbogen side, 171 47 Termodynamikbogen side, 244 38

Q = q sø 3600 ρ = 25,8 3600 1025 90,6 m2 h Vandmassestrømmen gennem hovedkøleren når FWG ikke er i drift er nu mindre, da temperaturdifferencen mellem søvandet og ferskvandet er større. Dette betyder, at jo højere forskel i temperatur mellem ferskvandet og søvandet, kræves der mindre vandmassestrøm igennem varmeveksleren. Som standard bygger man et søvandsanlæg ved maksimale havtemperatur på 32 o C 48, så der sikres at anlægget ikke overheder. Nedenunder i tabel 7, er der konstrueret et forhold mellem det maksimale motorvandtemperaturen der forekomme efter blandingen af vandet og effekten der afsættes i hovedkøleren. Tabellet er konstrueret ved hjælp af denne formel: Q varme = V c p Δt Værdierne indsættes for ferskvandet og temperaturen-ud sættes fast til 38 o C, flowet til 60 m 3 /h og dermed varmekapacitansen tilpasses efter den givende temperatur: 49 60 985,7 3600 4,190 (70 38) 2198,7 kw Temperatur ( o C) 70 65 60 55 50 45 Q - varme (kw) 2198,7 1855,1 1511,6 1168,0 824,5 481,0 Temperatur udvalget er valgt efter de temperatur der opstår så ferskvandsgeneratoren er i drift og når den er slukket. Nedeunder temperaturene kan effekten ses hvordan den aftager alt afhængig hvor meget forskel der er i temperatur differens i mellem indgang og udgang i varmeveksleren. I den forbindelse kan man på grafen se forholdet mellem varmeeffekten i varmeveksleren og den svingene temperatur i motorvandet: Tabel 7: Effekten i forhold i temperaturen i motorvandet 48 Samtale med Desmi Danmark-Peter Laursen og CAT-PON, Steen. 49 Termodynamik bogen side, 244. 39

Q (kw) 2500,0 Forhold mellem varmeeffekt og motorvandet 2000,0 1500,0 1000,0 500,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Temperatur (C) Diagram 4: Effekten i forhold i temperaturen i motorvandet 5.6.4 Manuelt regulering via by-pass ventil: Den overskydende vandmassestrøm kan også beregnes og fastlægges manuelt. Under praktikopholdet kunne der observeres, at By-pass ventilen åbner sig ved tælling af antal ventilomdrejninger. Der blev derfor konstateret, at hanen på ventilen kan fuldåbne ved 15,33 omdrejninger. Ved division af vandmasseflowet 235 m 3 /h over de antal omdrejninger, vil resultatet af vandmassestrømmen for hver omdrejning være 15,32 m 3 /h. Der observeres under driften at Bypass ventilen bliver åbnet med 9 antal omdrejninger hvilket svarer til 137 m 3 /h pumpevand overbords. Den manuelberegnede volumenstrøm på 137 m 3 /h afviger lidt fra den teoretisk beregnede spildevandmassestrøm på de 118,3 m 3 /h. By-pass ventilen er af typen butterflyventil, som er en enkel ventiltype med et cirkulært spjæld, der drejes fra 0 o til 90 o. Butterflyventilens karakteristik er S-formet, startende med en lille hældning, der nærmest ligner en logaritmisk karakteristik og derefter flader ud med en mindre hældning. På figur 10 ses ventilkarakteristikken for butterflyventilen: 40

Ud af x-aksen på figur 10, kan der aflæses hvor mange grader butterflyventilen er åbent. På y-aksen kan der aflæses, hvor mange procent flowgang man har igennem ventilen. F.eks. hvis der aflæses på x-aksen 40 o af ventilens fulde åbningsgrad, kan man følge linjen indtil skæringspunktet mellem linjen og kurven. Dernæst kan der aflæses 33% flow igennem ventilen på y-aksen. Da man nu ved at Bypass ventilen åbner under driften 8 omdrejninger af 15,33 hvilket svarer til ca. 52 o af ventilens fulde åbningsgrad. Ventilåbningsgraden på 52 o ifølge figuren giver ca. 51% flow igennem butterflyventilen. Ventilflowprocenten 51% Figur 10: By-pass Butterflyventilkarakteristik ud af pumpeflowet på 235 m 3 /h giver et spildeflow på 120 m 3 /h. Afvigelsen på resultatet fra figur 18, er kun 8 m 3 /h fra det udregnede resultat på 118,3 m 3 /h. På baggrund af udregningen af pumpeflowet til hovedkøleren og ventilens åbnekarakteristik, kan man betragte udregningen som det virkelige flow igennem køleren. 6.0 Sammenligning mellem udlægningen og analyse: Afsnittet her omhandler forskellen mellem anlæggets udlægning og når anlægget er i drift. Værdierne i afsnittene 4 og 5 vil blive holdt mod hinanden, hvor der vil blive set på om der er en mulighed for en optimering af anlægget på nogle punkter. Tabelen nedeunder viser sammenhængen mellem driften og udlægningen af søvandspumpen og den nødvendige flow gennem hovedvarmeveksleren: Værdier Maks Udlægning Maks Drift Nøvendig Flow (Q) [m3/h] 110 235 116,7 Varmeeffekt (P) [kw] 1909 1309 1309 Tabel 8: Sammenligning af udlægning og drift 41

Som der kan ses på tabel 8, er varmeeffekten ved udlægningen og driften er anderledes og dermed er flowet er forskellige og anderledes. Grunden til at flowet ved udlægningen er lav i forhold til den varmemængde som den burde og fjerne til 1909 kw er, at på HT siden 50 ved udlægningen skal temperaturen kun sænkes fra 90 til 72,4 o C. Differensen i mellem dem er ikke stor nok i forhold til 90 til 38 o C. Der skal derfor ikke så meget køleflowmængde igennem HT varmeveksler. Den stor søvandsflow under driften på 235 m 3 /h er kun stor for der lukkes meget af vandet overbord som nævnt i afsnit 5. Ved analysering og udlægningen af anlægget kan der ses, at der en mulighed for optimering af anlægget så det tabte energi kan hentes tilbage. 50 Bilag 8: CAT-PON Marine Power 42

7.0 Optimerings muligheder Ved en optimeringsmulighed ser man på, hvilke muligheder der vil tjene formål i, at spare elektrisk energi for firmaet. Som udgangspunkt er der blevet tænkt, at en reducering af omdrejningerne på søvandspumperne er den meste logiske og optimale optimeringsmulighed for systemet. Og en åbning af By-pass ventilen ikke vil være nødvendig længere. Forslag til drift og energioptimering vil derfor være: Installering af frekvensomformere på søvandspumperne, og lade alt søvand passere igennem hovedkøleren. Udskiftning af den ene søvandspumpe. Den kinesisk producerede pumpe, som er ombord på Golden Avenue, har, ifølge maskinchefen, tjent sit formål. Under praktikperioden begyndte søvandspumpen, at spilde en del søvand. Derfor har man valgt, at skifte over til den nye DESMI pumpe, som var installeret under den sidste dok i 2013. Ved udmålinger af ampere og effekt har det også vist sig, at det bedre kan betale sig, at køre med den nye pumpe, da den er mere energivenlig. Dette vil blive udregnet i næste afsnit i rapporten. 7.1 Omkostninger ved energiproduktion For, at kunne omregne eventuelle energibesparelser til økonomiske besparelser er det nødvendigt, at beregne omkostningerne til energiproduktion ombord på Golden Avenue. Elektricitet produktionen ombord på skibet bliver produceret af 3 hjælpe generatorsæt. Normalt er der kun to generatorer, som er i drift under manøvrering og i havnen, hvor den tredje står som standby i tilfælde af svigt fra de andre. Under sejlads er der kun en enkelt generator, som er i drift og belastningen svinger mellem 50 og 85% af dens fulde last. Det specifikke brændstofs forbrug er opgivet af fabrikanten til 212 g/kwh 51 ved 100 % last og 212,7 g/kwh 52 ved 50 % last. Generatorerne er beregnet til at kunne producerer hver en effekt til 500 kw ved 1800 omdr/min 53. Belastningen på hjælpegeneratorerne varierer mellem ca. 50 og 85% af dens fuldelast. Ved sejlads fra det ene sted til andet er der ikke brug for så meget effekt til komponenter så belastningen ligger på omkring 25% af generatorens fulde last. Billedet nedeunder som er taget ombord på skibet og viser effektfordelingen på generatorskærmen når skibet under sejlads: 51 Bilag 11, Generatorens specifikke værdier. 52 Bilag 11, Generatorens specifikke værdier. 53 Bilag 11, Volvo Penta - Performance check result. 43

Billede 2: Energifordelingen på generatoren under sejlads Når skibet er i gang en manøvrering eller i havnen for at for pumpe fragten ud, er der ca. brug for 500 kw. Der er derfor to af de tre generatorsæt er i drift og fordeler effektlasten i mellem dem, som det kan ses på billede 3 nedeunder: Billede 3:Energifordelingen på generatoren under sejlads Den gennemsnitlige generatorbelastning ligger i gennemsnittet omkring 50% af generatorens fuldelast. Der benyttes derfor en specifikke brændstofforbrug på 212,7 g/kwh i stedet for at prøve, at antage en lavere værdi. Idet det specifikke brændstofs forbrug er kendt, er det nu muligt, at beregne hvor mange kroner det koster, at producere en enkelt kwh. 44

Prisen på MDO (Marine Diesel Oil) er d. 20.05.2014 sat til dagspris på 977,50 $/mt 54, samt kursen for dollar til 544,78 kroner 55. Pris pr. 1 kwh kan beregnes således: Pris pr. kwh = c b kr. pr. ton <> 212,7 977,59 5,45 1000 1000 1000 1000 1,13 kr kwh Prisen pr. én kwh er 1,13 kr. I næste afsnit vil der beregnes hvor meget kølevandspumperne bruger af elektriskenergi fra skibets net. 7.2 Effekt aflæsning For videre beregning i næste afsnits, Besparelse, er det vigtigt og fastlægge hvor meget pumpen konsumerer af effekt fra skibets el-net. Om bord på skibet har der været mulighed for, at måle strømmen ved pumpens viklinger i drift og efter udregningen af den optagne effekt, kan resultatet sammenlignes med pumpens effektkurve. Søvandspumpens elmotor er målt til henholdsvis 53 A pr. fase under drift enkeltvis. Målingerne er foretaget med Figur 11: Amperemålingen amperemeterværktøjet Kysan KT-266 (Figur11). Optagne effekt beregnes således: P 1 = 3 U n I n cosφ 56 = 3 440 53 0,80 32,3 kw Pumpens el-motor optager effekt fra el-nettet på 32,3 kw. Ved at se på effektkurven nedeunder for pumpen DESMI om den udregnede effekt passer med antal flow ved givet punkt: Figur 12: Effekt diagrammet for DESMI pumpen ved 100% omdrejninger 54 http://www.bunkerworld.com/prices/port/ae/fjr/ 55 http://www.valutakurser.dk/currency/showgraph.aspx?currencyid=233053 56 Elektroteknik 1, side 161 45