В ходе работы судовых дизельных двигателей образуются отработанные газы (ОГ), которые выбрасываются в атмосферу. В их состав входят вредные выбросы (ВВ), негативно воздействующие на окружающую среду:
Основная доля в ОГ при сжигании дизельного топлива в судовых ДВС приходится на кислород, азот, углекислый газ и водяной пар. Хотя доля ВВ небольшая, содержание токсичных продуктов горения в них предельно высокое. Соединения азота и серы, а также углекислый газ составляют до 80% всего объема газового выхлопа, которые выбрасываются в атмосферу в ходе работы судового ДВС, нанося серьезный ущерб окружающей среде. В условиях борьбы за снижение углеродного следа в процессе человеческой деятельности важной проблемой является эмиссия ОГ в судовых ДВС. Производители и разработчики таких агрегатов ставят перед собой амбициозную задачу создания дизельных двигателей для судов с экологически безопасными техническими характеристиками.
Образование токсичных продуктов горения углеводородов, азота и серы происходит из-за того, что дизельное топливо сгорает не полностью. Во время работы судовых ДВС используется большой объем воздуха во время сжигания газово-топливной смеси, ВВ вырабатывается не так много, как автотракторных дизелях, работающих на высоких оборотах, или в бензиновых ДВС с карбюратором, но это не уменьшает токсичности полученного выхлопа.
Сложность состоит в том, что часть сгорающих в судовых ДВС определенных углеводородов, таких как бензапирен, отличается высокими канцерогенными свойствами. Хотя их вырабатывается немного, но высокая степень токсичности заставляет решать проблему снижения углеводородного следа при работе судовых двигателей внутреннего сгорания в условиях глобального потепления климата.
Окисление азота внутри камеры сгорания дизельного агрегата происходит в основном в зоне топливного факела. Топливно-воздушная смесь содержащая в большом количестве азот по своему составу становится приближенной к стехиометрической. Процесс окисления активно начинается после того, как температура превышает 1500 К. При более высоких значениях в процесс окисления ускоряется. В дизельном топливе азот содержится в высокой концентрации, за счет чего также вырастает объем окислов азота в отработанных газах. Он более активен в ходе нагрева, чем атмосферный аналог, что объясняет высокое содержание азотистых окислов в отработанных газах судового ДВС.
Масса окислов азота по отношению к остальным ВВ равняется 40-80%, а степень их токсичности составляет 60-95%. Самой опасной для окружающей среды является двуокись азота. Попадая в более низкие температуры атмосферы она продолжает окисляться и превращается в NO2. После процесса полимеризации она окисляется до N2O4. В атмосфере пары окисей азота, смешиваясь с водой, превращаются в азотную кислоту и выпадают на землю в качестве «кислотного дождя», нанося большой вред окружающей среде.
Наличие в дизельном топливе серы объясняет образование в отработанных газах окислов серы. Во время сгорания воздушно-топливной смеси в камере ДВС сера окисляется до SO2 и SO3 в соотношении 15 к 1.
За счет того, что во время образования топливно-газовой смеси и последующего ее сгорания условия при работе ДВС на разных скоростных режимах постоянно меняются, меняется и объем выработки ОГ и ВВ. Объем вредных выхлопов судовых ДВС также зависит от технических характеристик силового агрегата:
Хотя согласно статистическим данным морские суда не являются основным источником выброса азотных окислов, в отличие от автомобильного транспорта и других видов техники, используемых ДВС ( на них приходится всего 4% от общих объемов таких загрязнений), тренд на роль роли судов в мировых грузоперевозках за счет низких морских тарифов в условиях глобального потепления климата требует ужесточить контроль за выбросом объем вредных продуктов горения в атмосферу.
Используется единый международный стандарт для нормирования токсичных выбросов судовых ДВС путем проверки предельно допустимой концентрации (ПДК) продуктов горения. Измерение концентрации может проводиться в разных единицах:
Удельный выброс оксидов азота рассчитывается по массе, которая приходится на 1 кВт•ч ДВС при его работе в испытательном режиме. Твердые продукты горения измеряются в миллиграммах на м3 в воздухе.
Контроль за объемом выхлопа судовых ДВС регулярно ужесточается. Международные организации сегодня строго следят за судостроительной отраслью и судоходством в разных странах мира. В Международной морской организации (ИМО) была создана специальная экологическая комиссия по защите морской среды. Данные наднациональные институты разрабатывают и внедряют в жизнь жесткие нормативы, призванные сократить объемы выхлопа отработанных газов в атмосферу при работе судовых ДВС разных видов.
Работа экологических организаций ведется на базе основополагающего международного соглашения – Конвенции МАРПОЛ 73/78, целью которой является предотвращение загрязнения морей в ходе эксплуатации судов различных классов. Основные положения по нормативам выброса ОГ судовыми двигателями содержаться в конвенциональном приложении VI специальных «Правила», написанных для морских судов. Они вступили в силу с мая 2005 года. В приложении имеется «Технический кодекс», по которому проводится контроль за объемом углеродистых, азотистых и серных выбросов.
Согласно Правилу 13 данного приложения морские суда водоизмещением от 400 т, спущенные на воду после 1.01.2000 года в обязательном порядке должны проходить освидетельствование и получить Международное свидетельство по предотвращению загрязнения атмосферы сроком на пять лет.
Кроме этого для каждого судового ДВС мощностью от 130 кВт предусмотрено Техническим кодексом освидетельствование, после которого прошедшие проверку агрегаты получают Международное свидетельство двигателя по предотвращению загрязнения атмосферы. Оно действительно в течение 5 лет и обеспечивает контроль выбросов окислов азота. По завершении срока его действия требуется пройти повторную проверку корабельных двигателей на предмет удельного уровня ОС и ВВ, чтобы продлить действие свидетельства еще на 5 лет.
Контроль проводится для судовых ДВС мощностью от 130 кВт , выпущенных и установленных на суда с 01.01.2000 г. В 2008 г. Комитет ИМО установил новые ПДК для окислов азота. Для морских судов, заложенных после 01.01.2011 г.,
Для морских судов, киль которых заложен после 01.01.2011 г., нормативы допустимых выбросов оксидов азота, выработанные Международным морским комитетом, стали обязательными во всех странах мира, в том числе и для тех, суда которых ходят по внутренним морям. Россия, став в 2010 г. участницей Международной конференции по снижению токсичных веществ в выбросах морских судов. Это повлекло за собой необходимость следования действующим международным стандартам, которые по количеству азотистых соединений в ОГ на 16-22% ниже, чем их содержание, предусмотренное российскими нормативами.
Международный стандарт контроля ИМО Tier-3 распространяется только на корабли, заложенные после 01.01.2016 г., и действует в международных зонах, в которых регулируются вредные выбросы. При составлении данной нормы выброса окисленного азота в конвенции МАРПОЛ учитывается только частота вращения двигателя, что, по мнению российских экспертов считается односторонним подходом. Важно для выработки такого стандарта учитывать разные факторы:
Российские эксперты считают, что многофакторность учета требований к образованию окислов азота и усложнение расчетов позволит улучшить контроль над этими вредными выбросами и позволит судостроителям, судовладельцам и производителям дизельного топлива учесть при разработке новых моделей силовых агрегатов все причины образования окислов азота.
Международные стандарты по контролю за уровнем содержания серных окислов в ОГ распространяются на специальные морские районы
Действующая Конвенция МАРПОЛ 73/78, вступившая в силу с 2012 г., устанавливает норматив содержания серы в дизельном топливе не выше 0,1%. Корабли, использующие дизельное топливо, содержание серы в котором составляет 3,5% и более, не могут заходить в указанные морские зоны.
Войти в эти зоны хотят и несколько крупных мировых портов по перегрузке контейнеров. Для этого чтобы судно, использующее солярку с превышенным содержанием серы, могло войти в охраняемые зоны, оно должно не только полностью заменить топливо на установленное в Правилах, но и промыть ДВС и топливные баки перед новой заправкой. Все манипуляции подобного рода должны быть записаны в судовой журнал.
В дополнение устанавливаются еще общие требования к качеству жидкого топлива, записанные в параграфе 1 Правила 18, совпадающие с требованиями Международного стандарта ISO 8217/1996.
В РФ введение национальных стандартов экологической безопасности в морском и речном судоходстве начали вводить с 2000 года. В Постановлении Правительства РФ от 06.02.2002 г. контролем за вредными выбросами при работе дизельных двигателей на морских судах занимается Российский морской регистр судоходства. В России экологический надзор распространяется на все виды корабельных двигателей мощностью от 55 кВт, установленные на суда, выпущенные в период с 1980 г с численностью экипажа от 12 человек. В сфере экологического надзора в РФ находятся силовые агрегаты мощностью от 55 кВт. При их проверке проводится контроль всех токсичных компонентов ОГ.
Нормативы ПДК по вредным выбросам судовых ДВС были разработаны в 2000 г и соответствуют требованиям международных стандартов. Исключение сделано для дизельных двигателей, установленных на суда с 1980 по 2000 гг. Для них нормативы снижены.
В российском ГОСТе Р 51249-99, где указаны нормативы контроля для оксидов азота морскими судами, используются международные параметры. Для контроля серных выбросов национальный стандарт, в отличие от международного, не предусматривает ограничений.
В национальных стандартах подробно описываются все официальные способы контроля и расчета ВВ, в которые входит и уровень дымности. Все процедурные мероприятия и формулы для расчета описывают в трех ГОСТах:
Согласно установленным федеральным требованиям для каждого судового ДВС, выходящего с завода после стендовых испытаний, выявляющих размер вредных выбросов, оформляется «Технический паспорт на ВВ». В ходе использования главных и вспомогательных судовых двигателей требуется получить через определенный период времени новое освидетельствование на вредные выбросы. Через установленный нормативами промежуток проводится проверка двигателя, при успешном прохождении которой действие документа продлевается.
Источниками окислов азота при эксплуатации судна являются не только основные, но и вспомогательные двигатели внутреннего сгорания, а также использующиеся на морских судах котельные установки (ВКУ). По этой причине важно для точной оценки вредных выбросов в ОГ учитывать выхлопы от вспомогательного оборудования, на которые приходится от 3 до 8% общих выбросов отработанных газов. Чем больше водоизмещение судна, тем больше объем ОГ от вспомогательного оборудования, так как на них используются мощные котельные установки. Для соблюдения нормативов ОГ также требуется метеорологическое и технологическое обеспечение.
Сегодня контроль за уровнем оксидов азота в отработанных газах определяется по нескольким методикам:
Чаще всего сегодня используются газоанализаторы, работающие на основе хемилюминесцентного метода. Это простые в использовании, высокочувствительные и точные приборы. Для усиления и стандартизации контроля над ОГ корабельных дизельных двигателей нужно выработать в сложившихся условиях единую методику измерения уровня азотистых окислов, используя газоанализатор точного контроля.
Выработанные стандарты международного и национального контроля за уровнем ВВ в ОГ судовых двигателей внутреннего сгорания стимулируют инженерную мысль и научно-технические разработки, результатом которых должно стать создание более экологически безопасных силовых агрегатов, использующихся на морских судах. Это позволит избежать сокращения морских перевозок, сохраняя экологическую чистоту всех морских бассейнов мирового океана.
Заказ
Запрос цены на
Спасибо!
