Количество вредных выбросов дизелем напрямую зависит от конструкции дизеля, поэтому судовладельцы не могут оказать существенного воздействия на уровни этих выбросов. Однако, во время эксплуатации эмиссия вредных выбросов напрямую зависит от вида используемого топлива, соблюдения регулировочных параметров, состояния топливной аппаратуры, системы воздухоснабжения и т.д., а также от применения на судне вторичного метода снижения эмиссии.
В связи с принятием соответствующих законодательных актов (см. пункт 5.2) вводится сертификация судовых дизелей на соответствие выбросам NOx. Целью Кодекса является установление соответствия этим нормам при освидетельствовании и сертификации судовых дизелей.
Факт соответствия судового дизеля нормам Кодекса по результатам сертификационных испытаний, которые проводит аккредитованная Регистром организация (аккредитован может быть и производитель дизеля), удостоверяется Регистром выдачей двух международных сертификатов:
- двигателю выдается сертификат «О предотвращении загрязнения воздуха двигателем» (EIAPP);
- судну выдается сертификат «О предотвращении загрязнения воздуха» (IAPP).
При этом последний выдается в ходе освидетельствования всех установленных на судне дизелей, мощностью более 130 кВт.
Кодекс предусматривает следующие виды освидетельствований судовых дизелей: первоначальное, периодические и промежуточные, а также внеочередные (если приведены существенные конструктивные изменения дизеля).
Сертификация дизеля должна производиться на за воде-изготовителе двигателя, но в особых случаях может происходить на борту судна одновременно с первоначальным освидетельствованием. Такие особые случаи возникают, когда двигатели вследствие их размеров, конструкции или ре жима поставки не могут быть сертифицированы на испытательном стенде.
Для освидетельствования дизелей на соответствие нормам выбросов NOx в Кодексе предлагается 5 методов, а именно:
- метод стендовых испытаний с проведением измерений по требованиям Кодекса (соответствуют ISO 8178-1);
- метод измерений на борту судна в объеме требований, предъявляемых к стендовым испытаниям (для дизелей, не получивших сертификат EIAPP на за воде-изготовителе);
- метод сверки параметров дизеля при первоначальном, периодических и промежуточных освидетельствованиях, применяемый к дизелям, имеющим сертификат изготовителя, или дизелям, подвергнутым конструктивным изменениям или регулировкам по отношению к состоянию во время последнего освидетельствования;
- метод упрощенных измерений для двигателей, не подвергшихся изменениям после установки на борту судна;
- метод мониторинга, применяемый только для периодических и промежуточных освидетельствований.
Право выбора метода сертификации и последующих освидетельствований закреплено за изготовителем дизеля, судостроителем или судовладельцем.
Если в результате сертификационных испытаний выявляется несоответствие дизеля нормам выбросов N0*, то может быть подобрано и установлено оборудование для снижения выбросов N0х. Такое оборудование, будучи установленным, должно признаваться как существенный, неотъемлемый компонент дизеля, и его наличие должно быть зафиксировано в Техническом досье двигателя (ТДД). Для получения сертификата EIAPP дизелем в комплектации с оборудованием для снижения выбросов необходимы повторные испытания, которые допускается проводить методом упрощенных измерений. Сведения об оборудовании для снижения выбросов NOx должны быть внесены в сертификат EIAPP, а в ТДД должны быть указаны процедуры контроля нормальной работы этого оборудования.
ТДД - это новый документ, который представляет собой экологический паспорт судового дизеля, подготавливается его изготовителем, подлежит одобрению Регистром и'требуется для сопровождения дизеля в течение всего срока его судовой службы.
Для обеспечения возможности освидетельствования дизеля Регистром ТДД должно содержать, как минимум, следующую информацию:
- идентификация всех компонентов и регулировок дизеля, которые влияют на выбросы N0х;
- идентификация полных диапазонов допустимых регулировок; полная опись связанных с выбросами N0х показателей дизеля, включая номинальные значения мощности и частоты вращения;
- описание процедур, предназначенных для подтверждения соответствия нормам выбросов N0х при освидетельствованиях дизеля на судне;
- копия отчета о сертификационных испытаниях дизеля;
- указания и ограничения для дизеля - члена семейства или группы;
- спецификация запасных частей, позволяющая продемонстрировать соответствие нормам эмиссии NOx; сертификат EIAPP.
Система контроля и освидетельствования дизеля на судне должна обеспечивать простоту процедуры и доступность для осмотра и проверки всех контролируемых узлов и регулировок, что ставит новые задачи кон структору при создании дизеля.
С цёлью упрощения процедуры сертификации серийно выпускаемых дизелей, кодекс предлагает использовать одну из двух концепций: семейства или группы, которые соответствуют ISO 8178. В случае применения этих концепций сертификационные стендовые испытания требуются только для характерного представителя группы или семейства, имеющего наибольшие выбросы NOx. При этом обязательной является процедура доказательства правильности выбора характерного представителя, подразумевающая проведение специальных исследований и демонстрацию их результатов Регистру.
Концепция группы может быть применена для дизелей мелкосерийного производства с одинаковой областью применения, которые требуют незначительных конструктивных изменений и настроек регулируемых элементов при установке на судне. Как правило, это мощные главные судовые двигатели.
Семейство серийных двигателей объединяется общностью их основных конструктивных признаков, а именно:
- тактность;
- охлаждающая среда (воздух, вода, масло);
- наличие наддува;
- тип топлива (легкое, тяжелое, двойное);
- камера сгорания (открытая, разделенная);
- органы газораспределения (конфигурация и количество клапанов или окон, расположение в крышке или стенке цилиндра);
- тип топливной системы (разделенная, распределительный или рядный насос, насос-форсунка, газовый клапан и др.);
- могут быть приняты во внимание прочие особенности;
- рециркуляция отработанных газов;
- впрыск воды или водотопливной эмульсии;
- очистка отработанных газов за счет восстановительного катализатора, окислительного катализатора, термического реактора, фильтра частиц и т.д.
Число и расположение цилиндров могут стать объединительным признаком лишь в тех случаях, когда это влияет на уровень выбросов NOx, например, через конструкцию газовоздушных трактов или очистного оборудования. Если в производстве имеются судовые дизели, обладающие другими особенностями, способными отразиться на выбросах NOx, то такие особенности должны быть выявлены и учтены при образовании семейства.
Методы образования семейства и выбора головного двигателя должны быть согласованы и одобрены Регистром. Изготовитель дизеля несет ответственность за отбор двигателей для включения их в семейство из имеющейся номенклатуры.
В качестве головного члена семейства двигателей должен быть отобран такой, конструктивные и прочие особенности которого, известные из инженерного анализа и экспериментальных исследований, обусловливают наиболее высокий удельный средневзвешенный выброс NOx (г/кВт ¦ ч). Это требует детальных знаний характеристик всех двигателей, включаемых в состав семейства. Допускается представление семейства двумя (и более) головными двигателями.
При выборе головного двигателя в семействе, кодекс рекомендует пользоваться следующими критериями.
главный критерий - наивысшая скорость подачи топлива.
Дополнительные критерии:
- наиболее высокое среднее-эффективное давление;
- наиболее высокое максимальное давление в цилиндре;
- наиболее высокое отношение давлений воздуха на впуске к давлению сжатия в начале самовоспламе нения топлива; наиболее высокое давление наддува;
- наиболее высокая температура наддувочного воздуха,
- наименьшая скорость нарастания давления при сгорании.
Одобрение семейства двигателей Регистром осуществляется выпуском свидетельства (сертификата), включающего перечень членов семейства, подготовленный изготовителем, с приложением к нему технической документации с указанием всех ограничений в условиях их работы, комплектации в разрешенных пределах регулирования.
Объединение дизелей в группу отличает большее единообразие, чем у членов семейства. Так, в дополнение к общим признакам, присущим членам семейства, общими в группе должны быть также:
- диаметр и ход поршня;
- тип и конструктивные особенности систем наддува и подвода отработанных газов к турбине (изобарная, импульсная);
- наличие охладителя наддувочного воздуха;
- конструктивные особенности камеры сгорания (влияющие на выбросы NOx);
- конструктивные особенности топливной аппаратуры, в частности, плунжера и профиля кулачка, обусловливающих скорость подачи топлива.
Выбор головного в группе дизелей, производимых мелкими сериями и имеющих достаточно высокое подобие между собой, может отличаться от выбора головного двигателя семейства. Так, в качестве головного двигателя группы, может быть зарегистрирован первый заказанный изгото вителю дизель. Метод выбора головного двигателя группы должен быть согласован и одобрен Регистром.
Как уже упоминалось, отличительной особенностью группы является допустимость изменений регулировок и компонентов дизелей после их установки на судне. Значимость произведенных изменений на показатели выбросов NOx освидетельствуется либо методом сверки параметров, либо непосредственными измерениями на борту судна. Допускается также в качестве доказательной базы использовать результаты измерений выбросов NOx, полученных на испытательном стенде при аналогичных изменениях регулировок и компонентов дизеля.
Характерные примеры регулировок и конструктивных изменений дизеля, разрешенных Кодексом внутри группы, приведены ниже:
- регулировки для соответствия условиям на судне;
- опережения впрыска топлива для компенсации различий в свойствах топлив;
- опережения впрыска топлива для оптимизации максимального давления сгорания;
- сведение до минимума разброса подач топлива по цилиндрам;
- оптимизация рабочих характеристик путем замены турбокомпрессора, ТНВД (плунжерной пары, нагнетательного клапана), распылителя форсунки, профилей кулачков (впускного и (или) выпускного клапана, валика ТНВД), камеры сгорания.
Приведенные примеры изменений дизеля на судне после его стендовых испытаний относятся к существенным.
Это один из основных аргументов в пользу применения концепции группы двигателей.
Получив заявку, Регистр может признать результаты демонстрационных испытаний, выполненных на одном двигателе (возможно исследовательском) и показывающих влияние регулировок и модернизаций на уровень выбросов NOx, и распространить их на все двигатели из группы без проведения сертификационных испытаний каждого ее члена.
При проведении испытаний на выбросы, желательно, чтобы дизель был оборудован теми же вспомогательными устройствами, которые будут использоваться на судне.
Однако, для ряда дизелей вспомогательное оборудование, которое может быть установлено в эксплуатации; неизвестно при сертификации. Поэтому базовой мощностью при расчетах удельных средневзвешенных выбросов принята «не скорректированная эффективная мощность». Под коррекцией мощности подразумевается поправка измеряемой мощности с учетом параметра атмосферных условий и конструктивных особенностей двигателя. Эта мощность поясняется в Кодексе с помощью нескольких положений:
- эффективная (не скорректированная) мощность - наблюдаемая мощность, измеренная на коленчатом валу или его эквиваленте при оснащении двигателя только стандартным вспомогательным оборудованием, необходимым для его работы на испытательном стенде;
- вспомогательное оборудование, в котором нет необходимости для работы двигателя на стенде, должно быть удалено на период испытаний;
- если несущественное вспомогательное оборудование не удалено, то должна быть определена поглощаемая им мощность при частотах вращения коленчатого вала на режимах испытаний и вычислена «не скорректированная эффективная мощность» как сумма измеренной мощности на коленвале и мощности, затраченной на привод этого дополнительного оборудования;
- потери мощности на привод вспомогательного оборудования не должны превышать 5% максимальной измеряемой мощности.
Кодекс выдвигает весьма жесткие требования к точности измерений показателей, необходимых для расчета выбросов. Предельно допустимые относительные погрешности основных измеряемых величин должны соответствовать таблице.
Таблица
Параметр двигателя/Погрешности измеряемых величин
Допустимая относительная погрешность Интервалы между (+% к максимальному значению) поверками (мес.)
Частота вращения 2 3
Крутящий момент 2 3
Мощность 2
Расход топлива 2 6
Расход воздуха 2 6
Концентрация NOx 5 6
В аналогичном ГОСТ 24585 даются менее жесткие, допустимые отклонения измерений концентраций NOx, несмотря на единство требуемого метода анализа - с помощью нагреваемого хемилюминесцентного детектора.
Это расхождение обусловлено тем, что российские изготовители газоаналитической аппаратуры регламентируют совокупную погрешность прибора в сочетании с устройствами пробоподготовки, а в Кодексе указывается погрешность собственно детектора.
Таким образом, новые международные требования к обязательной сертификации судовых дизелей по показателю выбросов ставят перед производителями судовых дизелей задачу проведения в очень сжатые сроки серьезной подготовки к обеспечению этих требований.
Эта подготовка предусматривает как разработку новой технической документации (техническое досье, концепция семейства или группы), так и существенную модернизацию моторных стендов для сертификации судовых дизелей, включая оснащение их современными средствами контроля выбросов.