CC BY
0УДК 66.024.5:629.5.06
А.Н. Рак, С.А. Жуков
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail:[email protected]
ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К ВЫБОРУ УСТАНОВОК ДЛЯ СОКРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ SОx С МОРСКИХ СУДОВ
Все существующие схемы скрубберов позволяют в полном объеме обеспечить требования международного и национальных морских законодательств в части сокращения выбросов серы, но имеют некоторые ограничения и зависят от районов Мирового океана, в которых эксплуатируются или предполагается эксплуатировать суда. Кроме того, одним из действенных способов сокращения выбросов серы является переход к видам топлива с низким содержанием серы или к газообразному топливу. К сожалению, технический потенциал всех нефтеперерабатывающих предприятий во всем мире пока является недостаточным для решения данной проблемы.
Ключевые слова: главный двигатель, котел, скруббер, выброс, труба Вентури, зона экологического контроля, сера.
A.N. Rak, S.A. Zhukov
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: [email protected]
MAIN APPROACHES TO THE CHOICE OF INSTALLATIONS FOR REDUCING SOx EMISSIONS FROM MARINE VESSELS
All existing scrubber designs can fully meet the requirements of international and national maritime legislation in terms of reducing sulfur emissions, but have some limitations and depend on the areas of the world's oceans in which the vessels are operated or are expected to operate. In addition, one of the effective ways to reduce sulfur emissions is to switch to low-sulfur fuels or gaseous fuels. Unfortunately, the technical potential of all oil refineries around the world is still insufficient to solve this problem.
Key words: main engine, boiler, scrubber, emission, venturi tube, environmental control zone, sulfur.
Известно, что одним из источников антропогенных выбросов в окружающую среду является морской транспорт. По данным отдельных источников, ежедневный расход топлива оценивается примерно 4,5 млн баррелей в день. На большинстве судов в качестве топлива применяется топливо с высоким содержанием серы, превышающим его содержание в топливе для автомобильного транспорта. При сжигании топлива (рис. 1) образуются оксиды серы SOx, которые оказывают отрицательное влияние не только на флору и фауну Мирового океана, а также могут спровоцировать риск респираторных и легочных заболеваний.
Цель работы - путем исследования существующих схем показать их особенности и функциональные возможности для правильной эксплуатации с учетом их соответствия требованиям международного морского законодательства в области экологии.
В работе использованы ссылки на основные нормативно-правовые акты в области сокращения выбросов с морских судов, а также информация из инструкций по эксплуатации судовых скрубберов, которые доступны в открытых источниках.
Анализ состояния вопроса показывает, что возможны несколько путей решения проблемы -переход на топливо с низким содержанием серы (газойль, газообразное топливо, метанол и др.) или модернизация судов путем установки оборудования по дополнительной очистке продуктов сгорания топлива - скрубберов.
Рис. 1. Вещества, образующиеся при сжигании топлива
При этом в соответствии с [1] устанавливаются зоны мониторинга выбросов серы (рис. 2) и их количественные показатели [2].
Рис. 2. Зоны мониторинга
Как показывает практика, в настоящее время наиболее предпочтительным является второй вариант, поскольку вся мировая нефтеперерабатывающая промышленность не в состоянии обеспечить в полном объеме потребности мирового судоходства в полном объеме.
Если за точку отсчета принять 2011 г., то можно заметить, что количество судов со скрубберами постоянно возрастало. На рис. 3 представлена динамика изменения числа судов со скрубберами. Резкий скачок произошел в 2019 г., когда количество судов со скрубберами увеличилось в 4,2 раза.
4,047
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Рис. 3. Число судов со скрубберами
Дополнительная очистка продуктов сгорания основывается на свойстве серы растворяться в воде. При этом может использоваться как морская, так и пресная вода с добавками каустической соды и известняка.
Классификация скрубберов представлена на рис. 4.
Рис. 4. Классификация морских скрубберов
Дополнительная очистка продуктов сгорания основывается на свойстве серы растворяться в воде. При этом может использоваться как морская, так и пресная вода с добавками каустической соды и известняка.
Промывочная вода после обработки в сепараторе для удаления из нее осадка сбрасывается в открытое море, а очищенные продукты сгорания выводятся из системы. Туманоуловители используются в промывочных колоннах для удаления любого кислотного тумана, который образуется в камере, путем отделения капель, присутствующих во входном газе, от выходного газового потока. Процессы, происходящие в скруббере, представлены на рис. 5 и 6.
Рис. 5. Процессы, происходящие в скруббере
Рис. 6. Фильтрующий элемент мембранного скруббера
В процессе химических реакций образуется щелочь, нейтрализующая серу. Количество щелочи, необходимой для нейтрализации, зависит как от мощности двигателя(-ей), установленно-го(-ых) на судне, так и от расхода топлива (рис. 7).
Расход щелочи в зависимости от рабочей мощности
700
600
Т
500 " 400
Ф
9 300
га 200 О.
100 ■
1 1
- -3.0S.M4 — 2,5% 5 п
- ' .... __- - — * *
—''
5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Рабочая мощность (кВт)
Рис. 7. Расход щелочи: в зависимости от мощности двигателя (а); в зависимости от расхода топлива (б)
Основными схемами по дополнительной очистке продуктов сгорания являются схемы, представленные на рис. 8 и 9.
Рис. 8. Основные схемы скрубберов: с одним входом (а); многовходовый (б)
Рис. 9. Интегрированная схема скруббера 181
б
а
б
а
Из рис. 8 и 9 следует, что скрубберы с одним входом применяются только для одного двигателя, многовходовые - для нескольких однотипных, интегрированные - для нескольких разнотипных установок, и все могут работать в различных схемах очистки (рис. 10, а - г).
б
а
Отработавши* гаэш "Г (выпуск)
в
Рис. 10. Системы мокрых скрубберов: открытая (а); закрытая (б); гибридная (в); мембранная (г)
Все представленные на рис. 10 скрубберы обеспечивают необходимый уровень очистки от серы и применяются в зависимости от районов плавания:
- схемы с открытым контуром применяются в районах за пределами 200 морских миль. При этом промывочная вода при надлежащем контроле может сливаться обратно в океан;
- схемы с закрытым контуром в портах и прибрежных водах и портах. Естественно, что возникает проблема со сдачей загрязненных вод;
- наиболее универсальной является гибридная схема, которая позволит осуществлять слив воды в океан при соблюдении требований или сдавать загрязненные воды в портах назначения.
Правила МАРПОЛ 73/78 требуют, чтобы перед выпуском использованная промывочная вода подвергалась контролю, чтобы убедиться, что ее значение рН не слишком низкое. Для этого в гибридных системах применяются модули очистки воды (рис. 11), которые обеспечивают необходимый уровень рН.
Количество модулей очистки зависит как от мощности двигателя, так и от объема промывочной воды, сливаемой в океан. Поэтому для обеспечения необходимых качественных показателей сливаемой воды увеличивается и количество модулей.
Контроль за выбросами серы в атмосферу осуществляется с помощью системы непрерывного мониторинга, состав которой представлен на рис. 12.
Рис. 11. Зависимость объема сливаемой промывочной воды в зависимости от рабочей мощности
Рис. 12. Система непрерывного мониторинга
Совокупные затраты на модернизацию судов при установке скрубберов в зависимости от возраста судов и типа скрубберов представлены на рис. 13.
Ужесточение требований по сокращению выбросов серы с морских судов не только со стороны Международной морской организации, а и национальными законодательствами стало причиной появления такого документа, как Fuel Oil Non-availability Report (FONAR) - Доклад о недоступности топлива. В нем подразумевается фиксация факта о невозможности получения судового топлива с низким содержанием серы на всем маршруте следования судна при отсутствии скрубберной установки [3]. Как считают судовладельцы или операторы морских судов такой документ поможет сократить штрафные санкции за несоблюдение требований по выбросам.
8 -1
о
<л
7 -
.......
X
Л
А
V
о
— Открытая • Закрытая ▲— Гибридная
3
О
5
10
15
20
25
30
Возраст судов, годы
Рис. 13. Совокупные затраты на модернизацию судов при установке скрубберов
1. Основными направлениями по сокращению выбросов SOx с морских судов являются: установка скрубберов или переход на топливо с низким содержанием серы. Даже установка скруббера на судне может занять по времени 4-6 недель. Если увеличить количество судов, работающих на СПГ, то здесь тоже могут возникнуть проблемы с размещением топливных танков. Емкость для СПГ может занять примерно 3% полезной вместимости для груза, в то же самое время скруббер занимает место 0,3%.
2. В связи с поэтапным сокращением выбросов SOx с 4,5 до 0,5% увеличилось число судов со скрубберами. Если принимать за начало отсчета 2012 г., то это увеличилось в 337 раз.
3. Все существующие типы скрубберов обеспечивают требования по выбросам и зависят от возможностей самих установок и требований нормативно-правовых актов.
4. Скрубберы являются сложными техническими и технологическими комплексами. Естественно, что совокупные затраты на модернизацию судов являются многофакторными величинами, которые зависят в том числе и от возраста самих судов. Если сравнивать затраты на модернизацию при установке скрубберов, то следует отметить, что более дорогими системами будут, как ни странно, гибридная и открытая система. Это связано с контролем соответствия продуктов очистки допустимым концентрациям при сбросе в море. В конечном итоге установка скрубберов скажется на итоговой цене доставки грузов.
5. К применению FONAR необходимо подходить очень тщательно, взвешивая все «за» и «против» такого шага, поскольку он не сможет в полной степени избежать ответственности за превышение концентрации выбросов серы, только поможет в некоторой степени снизить суммы штрафов.
1. МАРПОЛ 73/78. Приложение VI (пересмотренное) к Конвенции «Правила предотвращения загрязнения воздушной среды с судов» / ЗАО ЦНИИМФ. - Санкт-Петербург, 2022. - 50 с.
2. Руководство по применению положений Международной Конвенции МАРПОЛ 73/78. НД №2-030 101-049 / ФАУ «Российский морской регистр судоходства». - Санкт-Петербург, 2022. - 135 с.
3. URL: https://www.korabel.ru/news/comments/otchet_o_nedostupnosti_topliva_fonar_ruka_ pomoschi_sudovladelcam.html (дата обращения: 18.05.2024).
Литература
