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촉매 미립자(Cat Fines, 캣 파인)에 의한 해양 연료 시스템의 손상을 방지하는 방법 | 파카하니핀 코리아

How to Prevent Damage in Marine Fuel Systems From Cat Fines - Marine Cargo Container ship - Parker Kittwake - Parker Hannifin
컨테이너선 및 기타 대형 선박들이 선적 마감일을 준수하고 연료 샘플에 대한 연구소 분석 결과를 기다리면서, 해양 대기 오염에 대한 규제 또한 준수해야 하는 어려운 상황에 직면하였습니다. 연료 품질을 검사하기 위해 벙커링 중에 유지보수팀이 대표적인 연료 샘플을 채취한 후 분석을 위해 실험실로 보냅니다. 그러나 검사 결과는 배가 출항하여 먼 바다로 나간 이후에 알 수 있는 경우가 많습니다. 그 때는 이미 연료 펌프, 인젝터, 피스톤 링, 라이너 등에 대한 중대한 엔진 결함이 이미 진행 중일 수도 있습니다.
 
 
 
 
 
 

 
 

현재 상황

물품을 싣고 전세계를 항해하는 거대한 컨테이너선은 2행정 엔진에서 중유(HFO, Heavy Fuel Oil)를 연소합니다. 간단히 말해 HFO는 유용한 단쇄 탄화수소가 모두 연소한 후 정제탑 어딘가에 응축될 때 남는 원유의 일부입니다. 따라서 HFO는 타르와 매우 밀접한 관련이 있으며 선박에 공급되기 전에 가열해야 합니다.

 

대형 2행정 해양 디젤 엔진의 실린더에서 연소되는 대부분의 중유(HFO)는 촉매 미립자로 알려진 단단한 입자로 오염되어 있습니다. 저유 공장에서 연료로 유입되는 이러한 입자는 연소 과정에서 엔진 실린더 라이너에 치명적인 마모를 일으킬 수 있습니다. 이 문제는 최근에 해양 대기 오염 규제를 최근 변경하면서 의도치 않게 악화되었습니다. 변경된 규제로 인해 캣 파인 경향이 있는 저황 연료유 사용을 촉진했기 때문입니다. 조건을 기반으로 하는 유지 관리 접근 방식이 필요했습니다.

 

선도적인 연료 테스트 및 검사 회사인 Veritas Petroleum Services는 연료의 점화 및 연소 특성을 검사하고 사양을 충족하는 것으로 입증된 경우에도 캣 파인이 여전히 감지되지 않은 채 연료에 남아, 시스템에 유입되어 잠재적으로 추진력의 총 손실을 유발할 수 있다는 우려를 제기했습니다. 이와 동시에, 보험업자는 캣 파인의 위험을 줄이기 위해 발행한 지침을 준수하는지에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 이는 캣 파인 위험에 대한 노출을 줄이기 위해 충분한 조치를 취하지 않은 소유자는 보험금 지불 청구에서 성공할 가능성이 훨씬 낮다는 것을 의미합니다.

 

더 많은 배출 규제 해역(emission control area, ECA)이 가동됨에 따라, 연료 품질에 대한 우려가 커지고 있으며 캣 파인과 관련된 엔진 마모 사례 수가 증가하고 있습니다. 연구에 따르면 10미크론 미만의 캣 파인 입자조차도 상당한 마모를 일으킵니다. 벙커 연료유가 최대 60ppm으로 규정하는 ISO 8217:2005 기준 한계 내에 있어도 실린더 라이너를 과도하게 마모시키는 것으로 기록되었습니다. 이것이 바로 캣 파인이 선박 엔진에 그러한 문제를 일으키는 원인입니다.”

 

ISO 부적합 연료, 결함이 있는 연료 정화기 또는 탱크 바닥에서 입자를 끌어 올리는 거친 날씨로 인해 이러한 부유 입자가 연료 시스템에 유입될 수 있습니다.


 

캣 파인 Go / no go 테스트 

Parker 캣 파인 테스트 키트는 이러한 파괴적인 입자에 대한 조기 경고를 제공하며 승조원이 최대한 수정 조치를 취할 수 있는 가능성을 제공합니다. 캣 파인 테스트는 연료가 선박으로 펌핑 되기 전에, HFO 샘플이 위험한 수준의 캣 파인으로 오염된 경우 표시하도록 설계되었습니다. 이 간단한 습식 화학 온보드 테스트는 HFO에 마모성 실리콘 및 알루미늄 입자가 있는지 확인합니다. 테스트는 간단하게 실시할 수 있고 비용 효율적이며 몇 분 안에 완료할 수 있습니다. 실험 결과, 이 새로운 테스트를 통해 캣 파인 농도가 60ppm (Al + Si)를 초과하고 따라서ISO 8217 : 2012의 권장 한계를 초과하는 연료 샘플을 식별 할 수 있다는 점이 드러났습니다. 실제로 이 테스트는 연료 품질과 관련하여 승조원에게 명확한 항해 표시 또는 항해 금지 표시를 제공하도록 특별히 설계되었습니다.

 

 

캣 파인에 대해

캣 파인은 연료 분사 장비를 손상시킵니다. 미립자는 정제소에서 촉매 크래킹 공정으로부터 발생하는 폐 알루미늄 및 실리콘 촉매의 입자입니다. 미립자는 복잡한 알루미노 실리케이트 형태이며, 사용하는 촉매에 따라 크기와 경도가 모두 다릅니다. 적절한 처리로 감소시키지 않으면 이러한 미립자의 연마 특성이 엔진, 특히 연료 펌프, 인젝터, 피스톤 링 및 라이너를 손상시킬 수 있습니다.

 

 

촉매 미립자(Al & Si)

장기간 보관할 경우 캣 파인이 연료에서 침전되어 저장 탱크에 침전물로 쌓일 수 있습니다. 탱크가 정기적으로 배출되지 않으면 이 슬러지가 험한 날씨에 소용돌이 쳐서 연료 시스템에 유입될 수 있습니다.

 

How to Prevent Damage in Marine Fuel System From Cat Fines - Distribution for Aluminum and Silicon in Fuel - Parker Kittiwake - Parker Hannifin

위 그래프는 전세계적으로 잔류 연료에 결합 알루미늄과 실리콘의 분포를 보여줍니다. 샘플의 90 % 이상이 40 mg/kg 미만의 결합 알루미늄 값을 가짐을 알 수 있습니다. ISO 8127:2010은 잔여 연료 범주 RMG 및 RMK에 대해 결합 알루미늄 및 실리콘을 60mg/kg로 제한합니다. 점도가 보다 낮은 연료의 한계 값은 보다 낮습니다.

 

엔진에 유입되어도 될 만한 수준으로 촉매 미립자를 환원시키는 것은 침전 탱크 및 원심 분리기에서 일어납니다. 이러한 환원의 정도는 연료의 수분 함량에 좌우됩니다. 왜냐하면 촉매 미립자가 "친수성"이기 때문에, 즉 이들이 물을 끌어당기고 물 껍질에 위치하기 때문입니다. 다량의 폐윤활유가 연료에 포함되면 미립자를 효율적으로 제거하는 데에 한계가 있을 수 있습니다.

침강 속도는 입자 크기, 촉매 미립자와 연료의 밀도 차이 그리고 연료의 점도를 고려한 스톡스 법칙에 의해 결정됩니다. 촉매 미립자의 밀도에 대해 다양한 값이 인용되지만, 실제로는 벌집 구조와 유사 할 수 있으며, 이는 분리 속도를 지연시킵니다. 분리 속도는 또한 물 밀도와 연료 밀도가 비슷함으로 인해 물의 외부 표면에 의해 지연됩니다.

촉매 미립자의 제거 정도는 탱크 높이(고정적)와 입자 크기(가변적)에 좌우됩니다. 원심 분리기에 있어서 중요한 요소는 연료의 실제 점도와 원심 분리기 크기와의 관계입니다. 점도 차이가 있는 경우 원심 분리기에서 연료의 체류 시간은 설계 값보다 클 것입니다. 따라서, 원심 분리기는 보다 작은 크기의 미립자를 제거할 수 있어야 합니다. 이 접근법은 이론적으로는 정확하지만, 작동 결과는 미립자의 크기 분포에 전적으로 달려 있습니다. 비중판이 없는 현대식 원심 분리기가 도입되면서, 모든 장점이 동시에 작동하여 연료 흐름을 현실적인 최소 수준으로 줄일 수 있습니다. 연료는 원심 분리기에서 체류 시간이 가장 길고 분리 효율이 가장 높습니다. 결합된 출력은 소비량과 같아야 합니다. 더 높은 속도를 사용하여 일일 서비스 탱크가 침전 탱크로 다시 흘러 재순환되게 하려는 유혹은 피해야 합니다.

 

How to Prevent Damage in Marine fuel Systems From Cat Fines - Download White Paper - Parker Kittiwake오프라인 상태 모니터링 기술과 온라인 상태 모니터링 기술의 조합, 즉 온보드 모니터링과 온쇼어 모니터링 기술의 조합이 얼마나 성공적으로 엔진 손상을 막고 계획에 없던 정비 작업을 방지하는지 알고자 하는 경우 백서 “2행정 디젤 엔진의 효과적인 실린더 오일 상태 모니터링의 중요성”을 다운로드 하십시오.

 

 

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