Novi zahtjevi za sustav hlađenja za HVO/biodizel hibridne generatore

Prebacivanje generatorskog agregata na HVO, biodizel na bazi FAME-a ili mješavinu to dvoje često se opisuje kao jednostavan "drop-in" prijelaz. Za sustav goriva taj je opis uglavnom točan. Za sustav hlađenja to vrijedi samo djelomično. Rad s biogorivom uvodi specifičan skup razmatranja o toplinskoj, kemijskoj i kompatibilnosti materijala koji — ako se zanemare — mogu smanjiti radni vijek radijatora, ugroziti rad rashladnog sredstva i stvoriti neočekivane događaje pregrijavanja u najgorem mogućem trenutku.

Kako HVO i biodizel mijenjaju toplinski profil motora

HVO (Hydrotreated Vegetable Oil) i konvencionalni dizel imaju vrlo sličnu strukturu ugljikovodika. U praktičnom smislu, generator koji radi na 100% HVO proizvodi opterećenje odbacivanjem topline unutar približno 2-3% svoje dizelske osnovne vrijednosti — razlika premala da bi zahtijevala promjenu veličine radijatora u većini instalacija. Primarni razlog je nešto niža gustoća energije HVO-a (otprilike 34,4 MJ/L u odnosu na 35,7 MJ/L za dizel), što uzrokuje neznatno povećanje potrošnje goriva po proizvedenom kWh, a time i neznatno povećanje ukupne topline koja se odbacuje u rashladni krug.

Biodizel na bazi FAME (metil ester masne kiseline) ponaša se drugačije. Njegova molekularna struktura koja sadrži kisik mijenja karakteristike izgaranja na načine koji su važni inženjerima sustava hlađenja:

• Više temperature izgaranja pri srednjem opterećenju: Sadržaj kisika u molekulama FAME podržava potpunije izgaranje, što može povisiti vršne temperature u cilindru i preusmjeriti veći udio topline u krug rashladne tekućine umjesto u struju ispušnih plinova.
• Povećana potrošnja goriva kod smjesa s visokim postotkom FAME: B20 (20% FAME) mješavine obično pokazuju povećanje potrošnje goriva za 1-2%. B100 može pokazati povećanja od 8-12%, izravno proporcionalno dodatnom opterećenju odbijanja topline nametnutom radijatoru.
• Nestabilnost omjera mješavine u hibridnom radu: Gensetovi koji rade na promjenjivim HVO/FAME mješavinama — gdje se omjer mješavine mijenja između isporuke goriva — doživjet će fluktuirajuće toplinsko opterećenje. Radijatori fiksnog kapaciteta dimenzionirani za dizel mogu raditi bliže svojoj marži nego što operateri misle.

Praktičan zaključak: rad samo s HVO-om ne zahtijeva promjenu veličine rashladnog sustava. Mješavine FAME iznad B20, posebno u primjenama primarne snage koje rade pri dugotrajnom visokom opterećenju, jamče formalni ponovni izračun odbijanja topline prije prelaska na promjenu goriva.

Kompatibilnost rashladne tekućine: Što se mijenja s radom na biogorivo

Sama rashladna tekućina je najčešće zanemaren aspekt prijelaza na biogorivo. Većina generatora stiže iz tvornice napunjena rashladnom tekućinom s konvencionalnom tehnologijom anorganskih aditiva (IAT), koja koristi silikatne i fosfatne inhibitore za zaštitu metalnih površina. Ovi inhibitori su formulirani za kemiju izgaranja dizela - i slabo djeluju na kontaminaciju biodizelom FAME.

FAME biodizel je higroskopan: apsorbira vlagu iz atmosfere tijekom skladištenja i rada. U motorima s bilo kojim putem izgaranja do kruga rashladne tekućine, tragovi oksidacijskih proizvoda FAME — prvenstveno organskih kiselina kratkog lanca — mogu ući u rashladnu tekućinu. Ove kiseline ubrzavaju iscrpljivanje silikatnih inhibitora, snižavajući pH rashladnog sredstva i pretvarajući zaštitnu tekućinu u blago korozivnu.

Za bilo koji agregat koji radi na mješavinama FAME iznad B10, nadogradite specifikaciju rashladne tekućine na OAT (tehnologija organske kiseline) ili HOAT (hibridni OAT) prije promjene goriva. OAT rashladna sredstva koriste inhibitore karboksilata koji su kemijski otporni na onečišćenje organskom kiselinom, održavaju stabilan pH u širem rasponu uvjeta i pružaju vrhunsku dugoročnu zaštitu za površine aluminijskih izmjenjivača topline. Oni također produljuju servisne intervale s tipičnog 2-godišnjeg IAT ciklusa na 4-5 godina, smanjujući troškove održavanja.

Za rad samo s HVO-om, postojeća specifikacija rashladne tekućine općenito je odgovarajuća, ali prijelaz je dobra prilika za provjeru stanja rashladne tekućine — provjerite pH, koncentraciju inhibitora i točku smrzavanja — i zamijenite je ako je tekućina starija od dvije godine.

Odabir materijala radijatora za okruženja s biogorivom

Ne odgovaraju svi materijali jezgre radijatora jednako na radne uvjete biogoriva. Razlika je najvažnija kada je FAME biodizel dio mješavine goriva.

Tradicionalne bakreno-mjedene radijatorske jezgre koriste mekani lem (legura kositra i olova) za spajanje cijevi na priključke. Izgaranje FAME proizvodi male količine mravlje i octene kiseline kao nusproizvoda oksidacije. Tijekom tisuća radnih sati, ovi spojevi - čak iu koncentracijama u tragovima u rashladnom sredstvu - mogu napasti mekane lemljene spojeve, uzrokujući progresivnu degradaciju spojeva i eventualno curenje rashladnog sredstva na spojevima između cijevi i glave. Ovaj način kvara je spor i često ostaje neotkriven dok se ne pojavi vidljivo curenje.

Potpuno aluminijska lemljena jezgra je poželjan izbor materijala za generatore koji rade na gorivima koja sadrže FAME. Aluminijski lemljeni spojevi koriste aluminijsko-silicijsku leguru za punjenje koja je kemijski otporna na okolinu organske kiseline koja je povezana s radom biodizela. Aluminijske jezgre također nude bolji omjer čvrstoće i težine i superiornu toplinsku vodljivost u usporedbi s bakreno-mjedenim dizajnom pri ekvivalentnom volumenu jezgre. Za postrojenja koja planiraju dugoročnu strategiju biogoriva, specificiranje an potpuno aluminijski generatorski radijator od samog početka u potpunosti eliminira rizik od korozije lemljenja.

Za generatore s postojećim aluminijsko-plastičnim hibridnim radijatorima — gdje je aluminijska jezgra kombinirana s polimernim krajnjim spremnicima — primarna briga prebacuje se na brtvu od spremnika do jezgre i materijale O-prstena. Standardne EPDM brtve kompatibilne su s HVO i FAME. Gumene brtve od neoprena ili nitrilne gume, međutim, mogu nabubriti i omekšati kada su izložene mješavinama s visokim udjelom FAME tijekom duljeg razdoblja. Prije nego što se posvetite B20 ili višoj mješavini na aluminijsko-plastičnom radijatoru, provjerite specifikaciju materijala za brtvljenje kod proizvođača radijatora. Za detaljnu raščlambu aluminijsko-plastične konstrukcije i njezino korozijsko ponašanje u različitim okruženjima s gorivom, pogledajte naše aluminijsko-plastični vodič za koroziju radijatora .

Dimenzioniranje odbijanja topline: Trebate li veći radijator?

Ovo je pitanje koje većina operatera prvo postavi, a odgovor u potpunosti ovisi o vrsti goriva, omjeru mješavine i profilu radnog opterećenja.

Prag promjene veličine ne odnosi se samo na prosječno opterećenje - radi se o trajnom vršnom opterećenju. Generator koji radi na 70% prosječnog opterećenja s povremenim skokovima do punog nazivnog učinka može sigurno raditi na B20 sa svojim postojećim radijatorom. Ista jedinica u ulozi kontinuirane primarne snage pri opterećenju od 85–100% imat će užu toplinsku granicu, a dodatno odbacivanje topline iz mješavine B20 moglo bi gurnuti temperature rashladne tekućine u zonu upozorenja u vrućim danima.

Za glavne pogonske instalacije koje planiraju raditi na mješavinama FAME iznad B20, namjenski toplinski izračun korištenjem podataka o odbacivanju topline proizvođača motora pri ciljnoj specifikaciji goriva jedina je pouzdana metoda. Namjenski građen glavni generator radijatori dizajnirani su s većom dubinom jezgre i povećanom gustoćom peraja kako bi podnijeli točno ova povišena opterećenja odbacivanjem topline pri kontinuiranom radu.

Popis praktičnih prilagodbi za postojeće agregate

Prije nego što prvi spremnik HVO-a ili mješavine biodizela krene u rad, prođite kroz sljedeće korake kako biste potvrdili da je rashladni sustav spreman:

1. Odredite materijal jezgre vašeg radijatora. Bakreno-mjedene jezgre s mekim lemljenim spojevima treba pregledati na postojeću koroziju i razmotriti mogućnost zamjene ako će generator dugoročno raditi na mješavinama FAME iznad B10. Potpuno aluminijske lemljene jezgre ne zahtijevaju modifikacije.
2. Provjerite materijale za brtve i brtve. Provjerite brtve na kraju spremnika hladnjaka i sve spojeve crijeva rashladne tekućine. Zamijenite sve komponente od neoprena ili nitrila s EPDM ekvivalentima prije prelaska na goriva koja sadrže FAME.
3. Nadogradite specifikaciju rashladne tekućine ako je potrebno. Ispraznite i isperite postojeću rashladnu tekućinu ako se prebacujete s IAT na OAT/HOAT. Nemojte samo dolijevati — miješanje kemijskih spojeva inhibitora može uzrokovati ispadanje inhibitora i stvaranje mulja.
4. Ponovno izračunajte odbijanje topline ako koristite mješavine B20 ili više. Upotrijebite podatke o odbijanju topline motora prilagođene nižoj gustoći energije goriva i većoj potrošnji goriva. Usporedite rezultat s nazivnim kapacitetom hlađenja vašeg radijatora pri maksimalnoj temperaturi okoline.
5. Pažljivo pratite tijekom prvih 250 radnih sati. Nakon promjene goriva, pratite temperaturu rashladne tekućine pri punom opterećenju, pregledajte ima li novih curenja na spojevima hladnjaka i spojevima crijeva i ponovno provjerite pH rashladne tekućine na oznaci od 250 sati. Ovaj početni prozor nadzora otkriva većinu problema s kompatibilnošću prije nego se razviju u ozbiljne greške.