Энергосбережение на флоте: от теории к практике
Эмульгирование, диспергирование - процесс получения дисперсных систем. Водомазутные эмульсии, типичный пример эмульсии вида «мазут в воде», в зависимости от размера частиц дисперсной системы условно делят на грубодисперсные - «взвеси», содержащие частицы размером более 1 мкм, и тонкодисперсные «коллоидные системы» менее 1 мкм. Если размеры частиц не превышают 1 нмм, то такие системы уже относят к истинным растворам. Самой важной характеристикой ВМЭ (водомазутной эмульсии) является стабильность. Самая стабильная - коллоидная система, оседанию частиц препятствует броуновское движение. Диспергация, гомогенизация (перемешивание) достигается с помощью следующих факторов: Механического воздействия на частицы гетерогенной среды, заключающегося в ударных, срезывающих и истирающих нагрузках и контактах с рабочими частями устройства (аналог американской IST, пищевые гомогенизаторы). Гидродинамического воздействия, выражающегося в больших сдвиговых напряжениях в жидкости, развитой турбулентности, пульсациях давления и скорости потока жидкости (РАФ-14, УКДГ, РПА). Кавитационного воздействия (от лат. «cavitas» - пустота) нарушение сплошности внутри жидкости, т.е. образование в капельке жидкости полостей, заполненных газом, паром или их смесью(так называемых кавитационных пузырьков или каверн). Кавитация возникает в результате местного уменьшения давления ниже критического значения (для реальной жидкости оно приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре). Эффект сверхдавления - плунжерные диспергаторы. Ультразвуковое воздействие - создаются ультразвуковые колебания, в основном при помощи пьезоэлектрических преобразователей, в результате чего удалось создать в жидкости звуковое поле с контролируемыми параметрами, что позволяет эффективно проводить процесс диспергирования. Анализ требований рынка продажи и использования ВМЭ, особенно международного, показал, что основным недостатком такого топлива является его низкая устойчивость (стабильность), не превышаюшая в основном 1-2 месяца. Причина низкой устойчивости ВМЭ - в недостаточной прочности системы «мазут-вода», которая обусловлена переработкой исходных материалов по традиционной технологии на существующем оборудовании. Благодаря этому благополучно провалился эксперимент по широкомасштабному внедрению ВМЭ на судах флотов СССР в 70-х годах прошлого века, старшее поколение моряков хорошо помнит это время. Будучи на практике в конце 70-х гг. в ЦВА, я был свидетелем, когда при выборке трала вышел из строя ГД на БАТ «Призвание», и мы более 4-х часов «болтались» лагом к волне. Кто работал в этом районе, знают, что это такое. После этого старший механик приказал заглушить эмульгатор и не приближаться к нему до конца рейса. Поэтому, когда в 2000г. мы занялись внедрением энергосберегающих технологий, первым делом я поинтересовался мнением своих друзей-механиков о целесообразности использования ВМЭ на судах, исходя из их опыта. Ни один из них не дал положительного отзыва. Решающим же было заключение зав.кафедрой ДВС ДВИМУ, ныне морского университета, профессора А.В. Надежкина, о неэффективности применения ВМЭ на судах, тем более учитывая отрицательный результат эксперимента, проведенного совместно с его лабораторией, по исследованию эффективности установки РАФ-14. В течение пяти лет мы пытались оптимально совместить в одном модуле все рабочие эффекты: высокое давление, кавитацию, ультразвук, струйный (пароинжекторный) эффект, неравномерное ускорение, режущий и дробящий эффект. Мы исследовали и испытали множество различных диспергаторов: от украинских, эстонских, российских до китайских и американских. Все они в основном относятся к первому и второму типу. Просты в изготовлении и эксплуатации, но имеют один и тот же недостаток - полученная с их помощью эмульсия относится к грубодисперсным системам, а отсюда и низкая стабильность. Наконец методом проб и ошибок мы остановились на разработках ОКБ им. Макеева. Кое-что доработали, кое-что изменили и достигли отличных результатов. Полученная нами эмульсия относится к тонкодисперсным системам и имеет стабильность от 1 года и выше. Более того, доказано, что поток нефтепродуктов, проходя через основной блок нашей установки, попадает в зону «срывной кавитации». частота следования импульсов обуславливается геометрическими параметрами основного блока и находится в интервале от 500 до 25000 Гц. При схлапывании кавитационных пузырьков, за время менее 1 мкс, температура достигает в локальной зоне нескольких тысяч градусов и развивается давление более 1000 атм. Т.о., мы фактически получили вторичный крекинг мазута с выделением легкоуглеводородных радикалов и атомарного водорода. Естественно, при горении такой смеси увеличивается ее теплотворность и кпд агрегата. Эксперимент по переведению вспомогательных дизелей, использующих для работы мазут Ф-5, на мазут марки М-100 и успешная их работа в течение года подтвердили правильность нашей идеи (фото дизелей и головки цилиндра прилагается). Вдохновленные успехом, мы испытали возможности нашей установки при обработке дизельного топлива. Результат оправдал наши самые смелые ожидания! Отчет в следующем номере. Единственным недостатком нашей установки ИСУ-7 является на данный момент технологическая сложность изготовления и особые антикавитационные требования к металлу, но мы надеемся, что и эту проблему решим.
Мутаев Александр Александрович
Должность:
директор
Компания:
ООО "Авто-Урал"
Для получения контактных данных
(email, телефон и адрес),
зарегистрируйтесь