Driftsmanual för skolfartyget M/S Michael Sars

Transkript

1 Driftsmanual för skolfartyget M/S Michael Sars Sebastian Grimsand Högskolan på Åland serienummer 13/2013 Maskinteknik Mariehamn 2013 ISSN

2 Examensarbete Högskolan på Åland Utbildningsprogram: Författare: Arbetets namn: Handledare: Uppdragsgivare: Maskinteknik Sebastian Grimsand Driftsmanual för skolfartyget M/S Michael Sars Hans Lavonius Högskolan på Åland Abstrakt: Det här examensarbetet gjordes för att det skall vara ett utbildningsmaterial ombord på skolfartyget för de nya maskintekniksstuderande utan sjöerfarenhet vid Högskolan på Åland. Vidare är tanken att det även skall kunna fungera som utbildningsstöd under den första fartygsförlagda praktiken. Eftersom den sjöfartsbelagda praktiken utförs på diverse fartygstyper där varje fartyg har sitt egna specifika handhavande vad gäller driften kommer en framställning av grunderna utifrån uppföljningsboken för handledd praktik STCW A-II/4 och III/4 Vaktman att presenteras för att ge en systemförstålse. Vidare ges en inblick i drift och övervakning med betoning på att skildra driftstörningar och hur de kan kategoriseras. Idén är att behandla den första fartygspraktikens olika moment. Nyckelord (sökord): Utbildning, fartygsteknik, felsökning, sjöpraktik, fartygsförlagd utbildning, M/S Michael Sars Högskolans serienummer: ISSN: Språk: Sidantal: 2013: Svenska 72 Inlämningsdatum: Presentationsdatum: Datum för godkännande: den 21 maj 2013 den 17 maj 2013 den 21 maj 2013

3 Degree Thesis Högskolan på Åland / Åland University of Applied Sciences Study program: Author: Title: Academic Supervisor: Technical Supervisor: Marine Engineering Sebastian Grimsand Operating Manual for the Training Ship M/S Michael Sars Hans Lavonius Åland University of Applied Sciences Abstract: The product of this degree thesis is an operating manual to serve as educational material on board the training ship of the Åland University of Applied Sciences. It is aimed to the new marine engineer students who don t have any earlier sea experience. Furthermore the educational material can also be used by the marine engineering students when they serve as engine cadets on their first ship. Since the engine cadets will be serving on various types of ships the basics of operating a vessel will be presented according to the engine cadet s record book STCW A-II/4 and III/4 Watchkeeping rating engine. This will give the student knowledge about operating the basic systems. The emphasis of the educational material lies in troubleshooting. The whole idea is to treat the different aspects related to operating different machines during the engine cadet s first time at sea. Key words: Education, marine engineering, troubleshooting, cadetship, M/S Michael Sars Serial number: ISSN: Language: Number of pages: 2013: Swedish 72 Handed in: Date of presentation: Approved on: 21 May May May 2013

4 INNEHÅLL 1. INLEDNING BAKGRUND Skolfartyget M/S Michael Sars Undervisningen ombord METOD RESULTAT SLUTSATSER Förslag till nya studier KÄLLFÖRTÄCKNING BILAGA: Driftsmanual Vaktman inriktning maskin

5 1. INLEDNING Idén för examensarbetet kommer från Kurt Waller (professor i automationsteknik vid Åbo Akademi) som lade fram följande förslag: Att intervjua erfarna maskinister (och andra problemlösare) om hur de lyckats lösa olika problem ombord på fartyg, problem för vilka manualerna varit otillräckliga. Resultaten blir en samling bag of tricks som kan användas i undervisningen vid högskolan. Om de olika problemlösningarna under föreläsningarna diskuteras utgående från den bakomliggande teorin för maskinen eller apparaten ifråga kan en sådan undervisning ge en bra beredskap för hur relaterade problem kan tänkas lösas. Problem av den här typen har nämligen tendensen att inte uppträda flera gånger i exakt samma skepnad. Man bör därför ha en förståelse för mekanismen bakom problemet för att kunna upptäcka och åtgärda problemet nästa gång det uppträder. Förslaget har verkat som grund för hela arbetet och i och med de intervjuer/diskussioner med sakkunniga som förts under projektets gång har arbetets infallsvinkel stegvis utformats till sin nuvarande form. Titeln i examensarbetet lyder Driftsmanual för skolfartyget men skolfartyget lämnas bort många gånger i arbetet och andra fartyg (främst Viking Lines M/S Rosella) tar plats och följs upp eftersom tanken är att denna driftsmanual skall verka som stöd i den fartygsbelagda praktiken för Högskolan på Ålands nya maskintekniksstuderande som saknar sjöerfarenhet och därför vore det då ofördelaktigt att enbart redogöra skolfartygets utrustning. Vidare har projektets avgränsning valts utifrån uppföljningsboken för handledd praktik STCW A-II/4 och III/4 Vaktman och varje område från praktikhandboken behandlas vilket också inneburit att vissa av områdena har prioriterats medan andra områden nästan helt lämnats bort. Driftsmanualen har flera problemlösningsavsnitt med syfte att i ett tidigt skede lyfta fram och uppmärksamma felsökningsmoment. Vidare hoppas jag att fartygsmaskinisterna ombord på den studerandes kommande praktikfartyg instämmer till att uppmuntra den studerande i ämnet. 3

6 De företag/rederier som hjälpt till under projektets gång är listade i bokstavsordning enligt nedanstående: o ASP Ship Management Scandinavia AB o Göteborgs Energi Rya Kraftvärmeverk o Mariehamns stad Lotsbroverket o Stenakoncernen o Vattenfall Forsmarks kärnkraftverk o Viking Line M/S Rosella och M/S Isabella o Ålands landskapsregering, trafikavdelningen M/S Michael Sars 4

7 2. BAKGRUND Skolfartyget som nyttjas av Högskolan på Åland i utbildningssyfte ger för de maskintekniksstuderandes utan sjöerfarenhet en första inblick i livet ombord. Under maskintekniksprogrammets första halvår ordnas en vecka på skolfartyget vilket följs upp ytterliggare under studiernas gång Skolfartyget M/S Michael Sars Tabell 1. Övergripande fartygsfakta gällande skolfartyget. (Handbok M/S Michael Sars ) Allmänt Typ Historik Specialfartyg, avsedd för bla. havsforskning Byggnadsvarv Mjellem & Carlsen varvet i Bergen, Norge Sjösatt 1979 Teknisk data Längd Bredd Djup Huvudmotoreffekt Fart Maxantal ombord Antal hytter 47,5 m 10,3 m 4,6 m kw 13 knop 35 stycken 19 stycken 2.2. Undervisningen ombord För att tillföra med mer lätttillgängligt utbildningsmaterial ombord på skolfartyget för de maskintekniksstuderande utan sjöerfarenhet bör de få tillgång till produkten Driftsmanual Vaktman inriktning maskin (se bilaga 1) från examensarbetet Driftsmanual för skolfartyget, vilken fungerar bra som handbok inför deras första riktiga praktikfartyg då den exempelvis enkelt kan bäras med i den studerandes mobiltelefon som PDF version under praktiken ombord. 5

8 3. METOD Efter att ha rådfrågat Kurt Waller om hur projektet skulle kunna genomföras där den föreliggande studien innefattade en rad intervjuer med sakkunniga fick jag förslaget att försöka få de som intervjuades att prata mycket, och då inte enbart den tekniska biten utan även jobbets sociala aspekter. Följande frågor tecknades därför upp som mall för att ställa till de intervjuade: Allmänna frågor: Beskriv en typisk dag eller vecka i ditt arbete. Vad är de största utmaningarna du kan utsättas för i din position? Hur skulle du beskriva kulturen på arbetsplatsen? Vilken typ av människor tenderar till att trivas och vilka gör det inte? Hur skulle du beskriva din ledarstil? Om du tänker tillbaka på förebilder du tidigare arbetat tillsammans med, hur och varför lyckades personerna påverka dig? Vad värderar du själv för färdigheter för att någon skall kunna bli framgångsrik på arbetspositionen? Hur förbättras kvalitén på arbetsplatsen? Har du varit med om att en medarbetare har misskött sitt arbete och hur hanterade du det? Vad är de vanligaste felen en nyutexaminerad maskinist brukar göra? Vilka råd skulle du ge till nyutexaminerade maskinister? Tekniska frågor: Finns det egentillverkade lösningar på någon komponent i maskinsystem och hur kom ni fram till denna lösning? Vilka är i praktiken de mest fundamentala komponenterna att ha en god förståelse för i maskinsystemet? Hur mycket använder du dig av checklistor vid drifttagandet? Hur har ni lyckats lösa olika problem där manualerna varit otillräckliga? Erfarenheter av maskinarbeten som har gått illa? 6

9 Vad har du tagit del av för kunskap på arbetsplatsen som inte kom med i skolundervisningen? Hur skulle utbildningen kunna förbättras? Efter att rådata samlats in från diverse företag/rederier började produkten Driftsmanual Vaktman inriktning maskin att framställas där vidare kontakt främst hölls med handledare och respektive maskinchef på skolfartyget och Viking Lines M/S Rosella. 7

10 4. RESULTAT Officiellt utfördes nio inspelade intervjuer med en sammanlagd speltid på 8h och 50 min men i praktiken var det fler personer under mina besök på diverse företag/rederier som delade med sig av sina erfarenheter och bidrog med synpunkter vilka även de har tagits i beaktande vid framställningen av produkten. Observera att Driftsmanual Vaktman inriktning maskin ligger åtskiljt som bifogat material till det här examensarbetet. 8

11 5. SLUTSATSER Efter besöken på de företag/rederier som hjälpt till under arbetets gång kan man dra slutsatsen att kraftverksbranschen rent generellt ligger i framkant med en större materialomfattning angående de enskilda komponenterna samtidigt som de med enkelhet kan föra driftshistorik på sina anläggningars respektive komponenter. Jag kan bara ställa upp med mina personliga uppfattningar om vad det kan bero på och det gäller då driftsteknikersområdet rent generellt världen över. Fartygsmaskinister växlar ofta arbetsplats (fartyg) vilket då skulle kunna ge en inställning om att tillhandahålla en god drift av fartyget tills dess att deras kontrakt löper ut medan driftstekniker på kraftverk istället har samma arbetsplats under en längre tid och ser därför en egen vinning i att föra driftshistorik på den enskilda komponenten och även tillgodose anläggningen med nyttiga driftsskötselmanualer vilka även fungerar mycket hjälpsamt som verktyg för de nyanställda till att bekanta sig med den nya anläggningen Förslag till nya studier Frågorna som utgjort en grundmall för intervjuerna har i mitt tycke fungerat väl och genom att kontakta flera företag/rederier kan ytterliggare erfarenheter knytas samman och förbättra produkten Driftsmanual Vaktman inriktning maskin vilket uppmuntras. Något som jag anser saknas i Driftsmanual Vaktman inriktning maskin är ett redskap som kan fungera till att uppmuntra den studerande att föra anteckningar på den driftshistorik som uppkommit under den studerandes tid ombord sitt praktikfartyg. Antecknade driftserfarenheter kan nämligen underlätta vid eventuella felsökningar ombord framöver i tiden. Vidare kan produkten Driftsmanual Vaktman inriktning maskin förbättras genom att avsäga sig mallen att arbeta utifrån avgränsningarna till uppföljningsboken för handledd praktik och istället behandla fler viktiga system som exempelvis startluftssystemet. 9

12 6. KÄLLFÖRTECKNING Aalborg Industries. (2012). Pleasurephoto. Hämtat från den 3 mars 2013 Aalborg Industries AB. (u.d.). Aalborg Industries. Hämtat från legacy.sname.org/sections/texas/am03/c3.pdf den 4 mars 2013 ABB Turbo Systems Ltd. (u.d.). ABB Turbo Systems Ltd. Hämtat från den 14 januari 2013 Ahmed, Z. (den 11 april 2011). Maritime Affairs and Ship Knowledge. Hämtat från shipengineer.blogspot.com: den 21 april 2013 Alfa Laval. (u.d.). Product flow. Alfa Laval Training Alfa Laval Lund AB. (2012). Instruction Manual PHE. Lund: Alfa Laval Lund AB. Alfa Laval Tumba AB. (2002). Instruction manual, S - Type separation system. Tumba: Alfa Laval Tumba AB. Alfa Laval Tumba AB. (2010). Basic separation theory. Tumba: Alfa Laval Tumba AB. Alvarez, H. (2006). Energiteknik. Lund: Studentlitteratur AB. Andersson, T. (1999). Maskinsystem ombord. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan. Andersson, T. (2008). Maskinlära för sjöpersonal. Upplands Väsby: TA-Driftteknik. Balu, S. (den 31 oktober 2010). Bright Hub Engineering. Hämtat från den 22 april 2013 Balu, S. (den 2 februari 2010). Bright Hub Engineering. Hämtat från hydraulic-starting-of-emergency-generators/ den 15 februari 2013 Chopra, K. (den 23 april 2012). Marine Insight. Hämtat från den 27 december

13 Edlund, K., & Kalm, R. (1974). Förbränningsmotorer. Mariehamn: Ålands tekniska skola. Engblom, E. (den 12 november 2012). ASP Ship Management Scandinavia AB. (S. Grimsand, Intervjuare) Eurocontact. (2010). Pumphandboken Billdal : Process Contact Scandinavia. Fagerlund, M. (den 26 november 2012). Viking Line. (S. Grimsand, Intervjuare) (u.d.). Handbok M/S Michael Sars. Mariehamn: Ålands sjömansskola. Hansheinrich, M.-P., & Bernhardt, F. (2009). Compendium Marine Engineering. Hamburg: DVV Media Group. Herrgård, C. (den 30 november 2012). Vattenfall. (S. Grimsand, Intervjuare) Högskolan på Åland. (2006). Träninsmanual M/V Michael Sars. Mariehamn: Högskolan på Åland. Ignesh, G. (den 24 maj 2011). Bright Hub Engineering. Hämtat från den 14 februari 2013 Kamui Company Ltd. (den 30 november 2012). Kamui Company Ltd. Hämtat från den 21 januari 2013 Kantharia, R. (den 17 oktober 2010). Marine Insight. Hämtat från den 4 mars 2013 Kantharia, R. (den 20 oktober 2010). Marine Insight. Hämtat från den 21 januari 2013 Kantharia, R., & Wankhede, A. (2012). The Ultimate Guide to Operating Procedures for Engine Room Machinery. Mumbai: Marine Insight. Kaushik, M. (den 18 november 2010). Marine Insight. Hämtat från den 21 april

14 Kaushik, M. (den 19 oktober 2010). Marine Insight. Hämtat från den 30 mars 2013 Kaushik, M. (den 16 oktober 2010). Marine Insight. Hämtat från den 8 mars 2013 Kjell & Company Elektronik AB. (2013). Kjell & Company. Hämtat från den 22 april 2013 Kristiansen, A. (2000). Maritime elektriske anlegg - maritime elektriske installasjoner. Karmsund: Gylendal Norsk Forlag AS. Kuiken, K. (2008). Diesel Engines. Onnen: Target Global Energy Training. Lundqvist, J. (den 18 november 2012). Viking Line. (S. Grimsand, Intervjuare) Machinery Spaces. (2010). Machinery Spaces. Hämtat från den 27 december 2012 Machinery Spaces. (2010). Machinery Spaces. Hämtat från den 19 januari 2013 Machinery Spaces. (2010). Machinery Spaces. Hämtat från den 23 februari 2013 Machinery Spaces. (2010). Machinery Spaces. Hämtat från den 2 februari 2013 MAN B&W. (2005). Dieselduck. Hämtat från ck.net/machine/02%2520propulsion/2005%2520man%2520b%26w%2520ba sics%2520of%2520propulsion%2520systems.pdf+engine+load+diagram&hl=sv &gl=se&pid=bl&srcid=adgeesj22lqmrnugeyb-o_f9gzeuwu1bdnbhu den 26 december 2012 MAN B&W Diesel. (januari 2013). Dieselduck. Hämtat från %20system&source=web&cd=4&ved=0CEgQFjAD&url=http%3A%2F%2Fww w.dieselduck.net%2fmachine%2f06%2520safety%2fman%2520b%26w%2 12

15 520Soot%2520in%2520EGBs.pdf&ei=HKn7UK28C4mK4ASusYDoAQ&usg= AFQjCNF8Q den 28 december 2013 MAN Diesel & Turbo SE. (december 2002). MAN Diesel & Turbo SE. Hämtat från df den 26 december 2012 Mattsson, L. (den 29 oktober 2012). Viking Line. (S. Grimsand, Intervjuare) Michael Sars. (den 10 april 2012). Michael Sars, Kontrollista för start. Mariehamn: Michael Sars. Mörn, T. (den 16 november 2012). Mariehamns stad. (S. Grimsand, Intervjuare) Penman, L. (den 9 oktober 2012). Stenakoncernen. (S. Grimsand, Intervjuare) Rapp, T. (den 9 oktober 2012). Stenakoncernen. (S. Grimsand, Intervjuare) Rauma Repola OY. (1976). Steam Boiler UNEX CH Manual. Uusikaupunki: Rauma Repola OY. Raunekk. (den 4 november 2009). Bright Hub Engineering. Hämtat från den 20 april 2013 Ricky. (den 17 juni 2010). Bright Hub Engineering. Hämtat från den 10 februari 2013 Rokka, M. (den 10 oktober 2012). Göteborgs Energi. (S. Grimsand, Intervjuare) Sandström, U. (den 12 december 2012). Kursnavet. Hämtat från den 24 januari 2013 Sanguri, M. (den 12 november 2010). Bright Hub Engineering. Hämtat från den 28 mars 2013 Sanguri, M. (den 19 maj 2011). Bright Hub Engineering. Hämtat från den 30 december

16 Sanguri, M. (den 8 mars 2013). Marine Insigh. Hämtat från den 21 mars 2013 Scott, W. (den 9 januari 2011). Bright Hub Engineering. Hämtat från den 21 mars 2013 Seco Inc. (den 24 november 2009). Seco Inc. Hämtat från den 20 april 2013 Seco Inc. (2013). Seco Inc. Hämtat från den 2 februari 2013 Shahl, S. I. (u.d.). University of Technology. Hämtat från ogy.edu.iq/depeee/lectures/3rd/electrical/machines%25202/ii_sg.pdf+synchronous+generator &hl=sv&gl=se&pid=bl&srcid=adgeeshm0vmo4thwfdpi0mxoqh5- xby3b9w_0xcpdy6qi3kus3q_owfpvq1hve0qjvqfvcz den 14 januari 2013 Siemens. (den 15 oktober 2012). Lesman. Hämtat från den 30 mars 2013 Tayler, D. A. (1996). Introduction to Marine Engineering. Oxford: Elsevier Butterworth Heinemann. Tikander, B. (1983). Kraftmaskiner. Mariehamn: Ålands tekniska läroverk. Tomkins, R. (2012). marinediesels.co.uk. Hämtat från den 5 mars 2013 Wankhede, A. (den 15 november 2009). Marine Insight. Hämtat från den 20 april

17 WCR Sweden AB. (2012). WCR Sweden AB. Hämtat från den 3 januari 2013 Westfalia Separator AG. (1988). Instruction manual and Part List, Model OSA Oelde: GEA Westfalia Separator Group GmbH. Viking Line. (2012). Training Manual m/s Rosella. Mariehamn: Viking Line Abp. Wilske, Å. (2012). Förutsättningar för elanslutning av fartyg i Göteborgs hamn. Göteborg: Göteborgs hamn. Woodyard, D. (2009). Pounder's Marine Diesel Engines and Gas Turbines. Oxford: Elsevier Ltd. Wärtsilä Diesel Oy. (2007). Wärtsilä 46 Project guide. Åbo: Wärtsilä Diesel Oy, Diesel Service. 15

18 16

19 DRIFTSMANUAL VAKTMAN Inriktning maskin

20 1 Sammanställd av Sebastian Grimsand. Senast uppdaterad: den 9 maj 2013 De företag/rederier som hjälpt till under projektets gång är listade i bokstavsordning enligt nedanstående: o o o o o o o ASP Ship Management Scandinavia AB Göteborgs Energi Rya Kraftvärmeverk Mariehamns stad Lotsbroverket Stenakoncernen Vattenfall Forsmarks kärnkraftverk Viking Line M/S Rosella och M/S Isabella Ålands landskapsregering, trafikavdelningen M/S Michael Sars

21 2 Innehållsförteckning 1. Introduktion Maskineri och hjälputrustning Huvudmaskineriets konstruktion och funktion Grundläggande kolv och vevrörelser Arbetsförlopp Framdrivningsprinciper Uppstartsprocess Lokaliseringar Felsökning Hjälpmaskineriets konstruktion och funktion Dieselgeneratorn Uppstartsprocess Nödmaskineriets konstruktion och funktion Nödgeneratorn Manuell uppstart av nödgenerator Hamnmaskineriets konstruktion och funktion Pumpar Olika pumptyper Anvisningar angående driften Felsökning Turbokompressorer Uppladdning Typer av system Viktiga parametrar Felsökning Värmeväxlare Typer av värmeväxlare Förhindra blandning av de två medierna Övrigt Felsökning Pannor Ångpannans grunder... 28

22 Kringliggande parametrar Oljebrännare Driftsreglering Driftsrutiner Felsökning Rör- och transfersystem Bränsle- och smörjningssystem Settlingtanken Separatorns grunder Oljeseparatorns självrenande process Oljeseparatorns driftsövervakning Smörjoljans reningsprocess Kylsystem Grundprinciper Ballast- och tömningssystemet Fartygets stabilitet Länssystemet Ventilationssystemet Uppvärmningssystemet för bostadsutrymmena Elsystemet Grunder i ellära Felsökning i ett elsystem Automations- och övervakningssystemet Brandsläckningssystemet Risker Åtgärder vid upptäckt brand Brandsektioner Brandbekämpning Maskinvakthållning Utförande av uppgifter som hör till maskinvakten Service och underhåll Åtgärder vid nödsituation Ge larm i olika nödsituationer... 50

23 4 7. Åtgärder för att undsätta en person i nöd Ge larm vid upptäckande av en nödsignal till havs Undsätta en person i nöd till havs Fartygets brandbekämpning Nödsignaler och nödutgångar på däck, i maskinrummet och bostadsutrymmena Samlingsstationer vid brandalarmssituation Fartygets brandsläckningsutrustnings placering Användande av livräddningsutrustningen Placering av livbåtar och flotte Placering av EPIRB och SART Placeringen av pyrotekniska nödsignaler Göra båten klar för sjösättning Sjösätta en flotte Källförteckning... 53

24 5 1. Introduktion Eftersom den sjöfartsbelagda praktiken utförs på diverse fartygstyper där varje fartyg har ett eget specifikt handhavande vad gäller driften kommer en framställning av grunderna utifrån uppföljningsboken för handledd praktik STCW A-II/4 och III/4 Vaktman att presenteras för att ge en systemförstålse (även ordningsföljden av systemen följer boken). Vidare ges en inblick i drift och övervakning med betoning på att skildra driftstörningar och hur de kan kategoriseras. Idén är att behandla den första fartygspraktikens olika moment. 2. Maskineri och hjälputrustning 2.1 Huvudmaskineriets konstruktion och funktion Grundläggande kolv och vevrörelser Dieselmotorer är maskiner med fram- och återgående kolvar där bränsle sprutas in i laddningsluften som är på grund av kompressionen så varm att den självantänder. Värmen (trycket) som genereras i cylindern på grund av förbränningen bidrar till mekanisk energi (kolven får en fram- och återgående rörelse). Kolvkraften ger upphov till en roterande kraft på vevaxeln genom en vevmekanism bestående av vevstake och vev. Det är den arbetande kolven, den drivande vevstaken och vevaxeln med sin vev som i huvudsak är den drivande mekanismen i en dieselmotor. R = Vevradien S* = Slaglängd = 2 x R S = Kolvens aktuella läge α = Vevvinkel β = Vevstaksvinkel λ = R/L = Vevstaksförhållande L = Vevstakens längd ÖD = Kolvens övre dödläge ND = Kolvens nedre dödläge Under ett varv varierar vridmomentet vilket medför periodiska svängningar (krafter som strävar efter att vrida motorn). Vibrationerna som uppstår är särskilt uppenbara vid låga varvtal, eftersom oscillerande och roterande masskrafter förändras i storlek med avseende på motorns varvtal. Vid ett tillfredställande motorvarvtal utbalanseras en del av masskrafterna och momenten. (Tikander, 1983) Arbetsförlopp Fyrtaktsmotorns arbetsförlopp Figur 1 Grundläggande kolv och vevrörelser (Tikander, 1983) Observera att vid kategorisering av motorer kan specialfall alltid förekomma. För att fullfölja en fyrtaktsmotors arbetsförlopp utförs fyra kolvslag vilket betyder att vevaxeln kommer att ha roterat två varv när arbetscykeln är genomförd. Medelvarvsmotorer är alla av fyrtaktstyp med en axeleffekt mellan kw och en cylinderdiameter på mellan mm. Exempel på medelvarvsmotor är skolfartygets huvudmotor med en axeleffekt på 1100 kw, cylinderdiameter 250 mm och förbränningstryck på 96 bar. Skolfartygets huvudmotor har som alla andra fyrtaktsmotorer ett arbetsförlopp enligt följande: 1. Insugningsslaget: Inloppsventilen är öppen och kolven rör sig från övre dödläge till nedre dödläge, varvid luft sugs in i cylindern.

25 6 2. Kompressionsslaget: När kolven passerat nedre dödläge och rör sig upp mot övre dödläge igen stängs inloppsventilen och den instängda luften börjar komprimeras (värms då upp). 3. Arbetsslaget: När kolven närmar sig (strax före) övre dödläge sprutas bränsle in i cylindern och bränslet som antänds får trycket i cylindern att stiga avsevärt. De heta gaserna expanderar och kolven drivs mot nedre dödläge. Före det att kolven når nedre dödläge öppnar avgasventilen då avgaserna snabbt måste kunna strömma ut. 4. Utblåsningsslaget: Avgaserna pressas ut genom avgasventilen av kolvens rörelse från nedre- till övre dödläge. Eftersom skolfartygets huvudmotor är försedd med överladdning forsätter avgaserna sedan genom en avgaskanal till en avgasturbin innan de når ut i atmosfären. Avgasventilen stängs först efter det att övre dödläge har passerats på grund av avgasernas tröga utströmning Tvåtaktsmotorns arbetsförlopp Det krävs två kolvslag för att en tvåtaktsmotor skall ha genomfört sin arbetscykel, alltså enbart ett varvs rotation för vevaxeln. Långsamtgående dieselmotorer är alltid av tvåtaktstyp och är ofta förekommande vad gäller den oceangående handelsflottans huvudmotors arrangemang bland annat på grund av dess långa hållbarhet och låga bränslekonsumtion. Vidare benämns de ofta som tvärstycksmotorer på grund av dess uppbyggnad och vanligen är de direkt kopplade till fartygets propeller. De långsamtgående dieselmotorerna har ett maximalt varvtal på 250 varv per minut och cylinderdiametern varierar från 260 mm till 1080 mm. Axeleffekten ligger mellan 1500 kw upp till kw. Det första kolvslaget för en tvåtaktsmotor inkluderar att luft strömmar in genom spolluftsporten och komprimeras medan det andra kolvslaget inkluderar arbetsslaget och utdrivningen av avgaser genom avgasventilen. De grundläggande förbrännings-, antändnings och expansionsprinciperna som gäller för en fyrtaktsmotor gäller även för tvåtaktsmotorn. Skillnaden ligger i utdrivningen av avgaser och tillvägagångssättet vid cylinderns lufttillförsel. Vidare bör nämnas att eftersom tvåtaktsmotorn utför arbete vid varje varv blir medeltemperaturen mycket högre jämfört med fyrtaktsmotorer, därför utrustas kolvarna med särskild anordning för kylning och smörjning på långsamtgående fyrtaktsmotorer. Större tvåtaktare har avgasventilen i cylinderlocket medan mindre tvåtaktare har avgasportarna nertill. Beträffande cylinderns lufttillförsel är spolluftsporten och avgasventilen öppen vid nedre dödläge. Luften trycks in i cylindern av en spolpump som också pressar ut avgaserna från föregående arbetsförlopp ut ur cylindern. När kolven rör sig mot övre dödläge stängs först spolluftsporten och därefter avgasventilen. Luften komprimeras och vid övre dödläge sker förbränningen som bidrar till arbetsslaget. När kolven är på väg ned till nedre dödläge igen öppnas först avgasventilen och därefter spolluftsporten och en ny arbetscykel kan påbörjas. (Alvarez, 2006)(Kuiken, 2008) Framdrivningsprinciper Figur 2 Huvudmotorn på skolfartyget Propellerns varvtal, fartygets skrovbeläggning och rådande väderlek är de alla faktorer som påverkar fartygets framdrivning. För fartyg med fast propeller är axeleffekten ungefär proportionell mot varvtalet upphöjt i tredje potens.

26 7 Pb = dieselmotorns effektiva effekt (axeleffekten) c = motorkonstant, innehållande bland annat cylinderdiameter och slaglängd n = varvtal I allmänhet håller rederierna en låg bränslekonsumtion på sina fartyg. Därför används ogärna full belastning på motorn då det inte enbart sänker bränsleförbrukningen utan också minskar på motorslitaget. Belastningsdiagram definierar effekt och varvtalsgränser för såväl kontinuerlig drift som överlast för den installerade huvudmotorn där en optimeringspunkt (O) för optimal effekt är fastställd och tar hänsyn till insprutningstidpunkten, turbinaggregatet och kompressionsförhållandet. Vid en kontinuerlig drift och full belastning på motorn kallat specificerad MCR finns punkten (M) markerad. För den lägsta specifika bränsleförbrukningen på optimeringspunkten (O) gäller en motorbelastning på mellan %. Propellerkurvans referenspunkt (A) är placerad i samma koordinat som punkten för specificerad MCR (M) och berättar för oss vid vilken punkt på propellerkurvan genom optimeringspunkten (O) som har den specificerade effekten. Normalt ligger punkt A placerad i samma koordinat som punkt M men vid installation av en axelgenerator kan den avvika. Figur 3 Belastningsdiagram (MAN B&W, 2005) 1 Propellerkurva genom optimeringspunkten 2 Tung propellerkurva (smutsigt skrov och en kraftig sjögång). 3 Varvtalsbegränsning 4 Vridmomentsbegränsning 5 begränsning av effektivt medeltryck i cylinder 6 Lätt propellerkurva (rent skrov och en lugn sjögång). 7 Effektbegränsning för kontinuerlig drift 8 Överbelastningsbegränsning 9 Maximalt varvtal vid provkörning (Sea Trial) 10 effektivt medeltryck i cylinder Vid en kontinuerlig drift bör motorbelastningen ligga inom det grönmarkerade området. Efter en tid kommer fartygsskrovet att smutsas ned och få beläggningar vilket resulterar till att propellern måste arbeta hårdare för att upprätthålla den konstanta frammarschhastigheten. (Aktuella linje 6 kommer till att börja närma sig linje 2). Vid en låg motorbelastning och minimala varvtal kan det medföra att distributionen av mängden bränsle kan variera mellan cylindrarna och medför då till en ostabil motorgång med kraftiga vibrationer och ibland spärrade varvtalsområden.

27 8 Vid drift med ställbar propeller kan motorn vid nominellt varvtal ge valfri axeleffekt. (MAN Diesel & Turbo SE, 2002) (MAN B&W, 2005) Uppstartsprocess Allmän uppstartsprocedur för långsamtgående dieselmotorer Innan en stor dieselmotor kan startas måste den värmas genom att hett vatten cirkulerar genom mantlar etcetera vilket gör det möjligt för de olika motordelarna att expandera i förhållande till varandra. I turordning följs sedan åt att: o De olika fodringstankarna, filter och dräneringar kontrolleras. o Smörjoljepumpar och vattencirkulationspumpar startas och synliga returer bör noteras. o All styrutrustning och alla alarm bör kontrolleras. o Indikatorkikarna öppnas och baxanordningen är tillslagen. Vidare vrider baxanordningen motorns vevaxel några varv för att tvinga ut eventuellt vatten som kan ha samlats i cylindrarna. o Bränslesystemet kontrolleras och cirkuleras med varm olja. o Om hjälpfläktarna är manuellt drivna bör de nu startas. o Baxanordningen tas ur och om möjligt skall motorns vevaxel vridas med hjälp av luft innan indikatorkikarna stängs. Motorn är nu tillgänglig för vänteläge. (Den tidsram det tar att förbereda motorn för vänteläge beror helt på motorns storlek). o o o Ventilen för startluftssliden öppnas när motorstarproceduren inleds. Brygg- och Kontrollrumsstativets pådragsvred förflyttas till start-position för bara någon sekund för att senare återgå till stop-position. (Vad som sker är att komprimerad luft trycks in i motorns cylinder vid korrekt sekvens och vevaxeln vrids med hjälp av luft. Därefter är det rekommenderat att stänga indikatorkikarna). Manövern överlämnas nu till bryggan och uppvärmningen av motorn kan avslutas Uppstartsprocedur gällande medelvarvsmotorn på skolfartyget Före uppstartsproceduren måste diverse tanknivåer pejlas och/eller kontrolleras precis som vid uppstarten på en långsamtgående dieselmotor. Därefter tillkommer följande: o Öppna bottenventiler för sjövattenskylning, bägge sidor. Öppna avluftningar från sjökistor, kontrollera att överbordventiler är öppna o Stoppa cirkulationspumpen för förvärmning, stäng ventiler o Kontrollera att indikatorkikarna är öppna o Öppna ventiler på startluftskärlen o Öppna instrumenteringsluften o Kontrollera oljenivån i startluftskompressorn, starta kompressorn o Dränera fördelningsstockarna samt startluftsflaskorna o Avläs flödesmätaren för bränsle o Pejla oljenivån i systemtanken o Starta smörjoljepump för växeln, bränslepump och färskvattencirkulationspumpen, kontrollera därefter tryck o Testa att propellerstigningen för- och akterut fungerar o Starta huvudmotorns försmörjoljepump (priming pump) och invänta tryck till ca 0,2 bar o Blås motorn med luft, stäng indikatorventilerna o Frigör stoppspaken o Starta huvudmotorns försmörjoljepump, invänta tryck till ca 0,6 bar o Anteckna klockslaget när huvudmotorn startats

28 9 o Sätt samtliga pumpar i vänteläge; huvudmotorns försmörjoljepump, smörjoljepump för växeln, färskvattenscirkulations- samt bränslematningspump. o Kontrollera avgastemperatur och alarm o Kontrollera turbinsmörjning och sjövattenscirkulation o Kontrollera att ingen startluftsventil har hängt sig o Kontrollera att tryck och temperaturer är normala o Starta maskinrumsventilation o Ge upp manövern till bryggan om allt är okej (Michael Sars, Kontrolllista för start, 2012) (Machinery Spaces, 2010) Lokaliseringar Baxanordningen Rotation av huvudmotorns vevaxel sker på skolfartyget med hjälp av en manuellt driven baxanordning som är lokaliserad i akterkant av bottenramen. En stång monteras in från babordsidan och vevaxeln vrids med handkraft. På större fartyg som exempelvis Rosella är baxanordningen istället driven av en elektrisk motor där motorn driver baxmaskinsdrevet. När baxanordningen är inkopplad hindrar en stoppventil startluften från att nå cylindrarna av säkerhetsskäl så att motorn inte kan starta Hjälpfläktar Skolfartyget har inga hjälpfläktar utan de är installerade på fartyg med långsamtgående tvåtaktsmotorer. Hjälpfläktarna säkerhetsställer att laddluften till cylindrarna är tillräcklig vid låga belastningar och uppstart då turboladdare inte mäktar med att förse motorns cylindrar med en tillräcklig mängd luft. De startas därför automatiskt vid nämnda tillfällen och slås automatiskt av när motorn blir självförsörjande på luft Indikatorkikar Placerade på sidan av dieselmotorns topplock och har en kanal som förbinder förbränningskammaren med indikatorkikaren Försmörjoljepump Eftersom huvudmotorns smörjoljepump på skolfartyget är en påhängspump används en elektriskt driven försmörjoljepump vid uppstart innan påhängspumpen kan förse motorn med nödvändig smörjning. (Tomkins, 2012) (Wärtsilä Diesel Oy, 2007) Felsökning Det finns många olika driftsproblem som kan uppkomma med en dieselmotor. När en avvikelse/störning i systemet uppkommit kan det finnas en mängd faktorer involverade och det gäller att lyckas kategorisera problemet och hantera det därefter. Först kommer en rad möjliga exempel presenteras på problem som en dieselmotor kan riskera att utsättas för. Därefter kommer mer specifika situationer till viss del att fördjupas. Bränsleinsprutning Spridarnålen stockning Senare förbränning, stigande avgastemperatur, sjunkande tryck i cylinder Ventilfjäder utmattning Tidigare förbränning, sjunkande avgastemperatur, ökande tryck i cylinder Insprutningsröret slitage Figur 4 Skolfartygets baxanordning

29 10 Ökat flödesmotstånd, minskad bränslemängd matas till cylinder, motorns utgående effekt reduceras, minskat tryck i cylinder Insprutningspump slitage Bränslerörets tryck sänks, ökat läckage, minskad bränslemängd matas till cylinder, motorns utgående effekt reduceras, minskat tryck i cylinder Koks i spridarnål (bränslehopning) Ökat flödesmotstånd, motorns utgående effekt reduceras, ökad sotbildning, nästan konstant avgastemperatur Störning i bränslematning Lågt förtryck till bränslepumpen, ostabilt bränsletryck, varierande avgastemperatur vid full belastning Vatten i bränslet Ostabilt tryck i matning- och returflödet, varierande avgastemperatur även vid delbelastning Förvärmningstemperatur låg Ökat flödesmotstånd, minskad bränslemängd matas till cylinder, motorns utgående effekt reduceras, minskat tryck i cylinder Bränslespridare slitage Minskat flödesmotstånd, motorns utgående effekt reduceras, svartare avgaser, nästan konstant avgastemperatur Inlopps- och avgasventil Ventilspelet är till för att ge ventilskaftet utrymme till att expandera. Saknas detta finns risken att ventilen inte stänger ordentligt (läckage). Omvänt innebär ett för stort ventilspel också problem då det för med sig ökat slitage på ventilskaftet, vipparmen och kamaxeln. I värsta fall kan det orsaka att ventilskaftet kröks, vilket gör att ventilen skär och allvarligt skadar hela vev- och kamaxelmekanismen. Avgasventil läckage Minskat kompressionstryck, fördröjd antändning, tung motorgång särskilt vid delbelastning, stigande avgastemperatur Inloppsventil läckage Minskat kompressionstryck, fördröjd antändning, tung motorgång särskilt vid delbelastning, kokssamling på inloppsventil Stort ventilspel - avgasventil Stigande avgastemperatur, stigande tryck i cylinder, avgasutflödet från cylindern sjunker Stort ventilspel inloppsventil Mängden färsk laddluft reduceras, tung motorgång särskilt under delbelastning, reducerat cylindertryck, stigande avgastemperatur Kolvringar Kolvringar läckage Stigande smörjoljetemperatur, ökad smörjoljeförångning vid motorns avluftning, sjunkande kompressionstryck, fördröjd antändning, tung motorgång särskilt vid delbelastning, svartare avgaser Avgasturbin Munstycksring sliten Fallande turbinvarvtal, reducerat laddtryck, ökad avgastemperatur efter cylindrar, avgasturbinens avloppstemperatursdifferens minskar, cylindrarnas kompressionstryck sjunker, tung motorgång, svartare avgaser Munstrycksring sotig Stigande turbinvarvtal, ökat laddtryck, stigande avgastemperatur före avgasturbin, avgasturbinens avloppstemperatursdifferens stiger, cylindrars kompressionstryck sjunker, svartare avgaser, stallning av kompressor Kompressor - sotig

30 11 Reducerat laddningstryck, stigande avgastemperatur före avgasturbin, ökad avgastemperatur efter cylindrar, cylindrars kompressionstryck sjunker, svartare avgaser, stallning av kompressor, ökad bränslekonsumtion Laddluftskylare nedsmutsad Stigande turbinvarvtal, ökat laddluftstryck, stigande laddluftstemperatur, ökad avgastemperatur efter cylindrar, stallning av kompressor Kylvattenflöde - otillräcklig Stigande turbinvarvtal, ökat laddluftstryck, stigande laddluftstemperatur, ökad avgastemperatur efter cylindrar, stallning av kompressor Avgastemperatursövervakning Att övervaka avgastemperaturen är ett lämpligt sätt att komplettera för övervakningen av cylindertrycket. Om förbränningen fortgår normalt gäller det för samtliga cylindrar att avgastemperaturen är relativt lika med en differens från motortillverkaren på 8 10 %, förutsättande att bränsleinsprutningspumparna är inställda för samma start- och utdelningsvolym av bränsle. Större avvikelser för avgastemperaturen i den enskilda cylindern indikerar för en störning i förbränningsprocessen. Exempel på orsaker kan vara otillräckligt med luft, fel på insprutningssystemet eller felställd insprutningsstart eller -volym. Vidare kan skador på instrument bidra till felaktiga värden gällande avläsning. (Sanguri, Bright Hub Engineering, 2011) (Ignesh, Bright Hub Engineering, 2011) (Wärtsilä Diesel Oy, 2007) (Hansheinrich & Bernhardt, 2009)

31 Hjälpmaskineriets konstruktion och funktion Dieselgeneratorn (För en kort begränsad genomgång av grunder i ellära hänvisas till kapitlet Elsystem ). Generatorerna på ett fartyg står för elproduktionen (omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi) och matar elektrisk energi in till huvudtavlan som i sin tur distribuerar den elektriska energin vidare till diverse förbrukare. Dess utformning och omfattning beror av fartygets storlek och fartygstyp. På skolfartyget finns det två dieselgeneratorer som skall stå för fartygets elförsörjning. Generatorerna är av synkrongeneratortyp och de har samma funktionsprincip som en dynamo på en cykel. En drivkälla (dieselmotor) är kopplad till vardera generatorn och önskad nätfrekvens uppnås genom att hålla drivkällans varvtal konstant. Belastningen är oberoende av det konstanta varvtalet (konstanta frekvensen). När synkrongeneratorer står för elproduktionen påträffas följande sammanhang mellan varvtal och poltal vid 50 och 60 Hz: 50 Hz Poltal: rpm: Hz Poltal: rpm: De mest förekommande varvtalen på en dieselgenerator i lastfartygssammanhang är mellan 500 till 1200 rpm, där dieselgeneratorer som kan drivas på tjockolja utgör en stor inbesparing på bränslekostnaderna. Notera att det på den nedanstående förenklade generatorskissen finns två poler vilket stämmer överens med skolfartygets synkrongeneratorer. Figur 5 Till vänster visas en hjälpmotor ombord på skolfartyget och till höger visas principen för en synkrongenerator. (Shahl) Vidare bör också nämnas att det ombord kan finnas andra typer av generatorinstallationer där andra typer av drivmedel förekommer, som exempelvis axelgeneratorer och ångturbiner. (Kristiansen, 2000) (Shahl)

32 Uppstartsprocess Fördelningsprinciper Fartygets driftsförhållande och effektbehov avgör hur många dieselgeneratorer som skall vara i drift. Rosella har fyra dieselgeneratorer och vid exempelvis manövrering är alla fyra alternativt tre stycken i drift beroende på antalet bogpropellrar som körs (finns två stycken) men även andra aspekter vägs in. Exempelvis är luftkonditioneringen under sommartid en stor energiförbrukare. Däremot vid sjöresa delas ofta belastningen mellan två dieselgeneratorer. Att starta och stoppa en dieselgenerator utförs ofta med automatiken ombord på fartyg men kan dock väl utföras manuellt Automatisk uppstart Vid en automatisk uppstart styrs startluftsventiler på samma sätt som vid baxanordningen. Vid en ökad nätbelastning kommer dieselgeneratorn att startas upp självmant förutsatt att startluftsmängden är tillräcklig. Under manövrering däremot kommer maskinisten att behöva starta upp dieselgeneratorn från maskinrummets datorbaserade PMS (Power Management System) genom att gå in på generatorsidan och klicka på start. Dieselgeneratorn fasas då automatiskt in på nätet Automatisk avstängning Vid en automatisk avstängning av dieselgeneratorn stoppas den genom att klicka på stoppikonen på det datorbaserade PMS systemet. När PMS systemet får en order om stopp dras belastningen på dieselgeneratorn ned och den slås snart ut från nätet. Av säkerhetsskäl kommer en automatisk avstängning från PMS systemet inte att fungera vid drift av enbart en dieselgenerator Manuell uppstart Vid exempelvis ett strömavbrott kommer dieselgeneratorn att behöva startas upp manuellt. Dieselmotorn körs då först upp till synkront varvtal. Dieselgeneratorn slås sedan över till remote mode och efter att spänning och frekvens kontrollerats kommer generatorn att fasas in på nätet automatiskt. Om inte fartygets automatik tillhandahåller detta tillvägagångssätt används synkronoskopet i maskinrummets kontrollrum för att manuellt reglera generatorspänningen och generatorfrekvensen. Synkronoskopet är placerat i maskinrummets kontrollrum och dess nål roterar antingen med- eller moturs. En rotation medurs indikerar till att dieselgeneratorns varvtal är för högt och en motursrotation indikerar till att varvtalet är för lågt. Spänningssättningen justeras av magnetiseringsströmmen så att dieselgeneratorn får samma spänning som nätet. Varvtalet justeras så att nätet och dieselgeneratorn får samma frekvens. Dieselgeneratorn fasas in till nätet när generator- och nätspänning har samma fasläge Manuell avstängning Belastningen på dieselgeneratorn som skall stoppas reduceras långsamt ned från maskinrummets kontrollrum. När belastningen är tillräckligt låg slår generatorbrytaren ur och dieselgeneratorn tillåts gå på tomgång innan stoppknappen trycks in från panelen. (Kristiansen, 2000)(Kaushik, 2010) 2.3 Nödmaskineriets konstruktion och funktion Nödgeneratorn Syftet med nödmaskineriet är att förse ett antal utvalda komponenter så som navigeringsutrustning och nödbelysning med elektrisk energi genom nödtavlan. Både nödtavla och nödgenerator skall vara placerade ovanför skottdäck och således inte i maskinrummet (minimerar faran vid exempelvis översvämning eller

33 14 maskinrumsbrand). Tanken är att oavsett vad som händer med fartyget skall alltså nödmaskineriet kunna förse fartyget med elektrisk energi till nödtavlans utvalda komponenter tills det att situationen är hanterbar. Under normala förhållanden matas nödtavlans förbrukare över huvudströmstavlan. Vid ett eventuellt strömavbrott startas nödgeneratorn upp per automatik och tar då över nödtavlans belastning. På skolfartyget finns ingen dieseldriven nödgenerator utan där används nödackumulatorer. Två nödackumulatorer är placerade på fartygets översta däck invid masten som visas nedan. Vidare finns en nödackumulator för övervakningen placerad ett däck ovanför maskinrummet samt en nödackumulator placerad högt upp i lejdargången till maskinrummet för start av hjälpmaskineriet. På större fartyg ersätts inte nödgeneratorn av nödackumulatorer utan där drivs nödgeneratorn av luftkylda fyrtaktsmotorer försedda med separat bränsletank fylld med dieselolja. (Kristiansen, 2000) (Raunekk, 2010) Manuell uppstart av nödgenerator Figur 6 Monkey island på skolfartyget Enligt SOLAS reglemente skall nödgeneratorn automatiskt ta över nödtavlans belastning inom 45 sekunder efter ett eventuellt strömavbrott. Uppstarten av nödgeneratorn sker då med hjälp av en nödackumulator. Men nödgeneratorn skall också kunna startas upp manuellt. En vanlig metod är med hjälp av hydraulmotor vilket här kommer att lyftas fram. En hydraulmotor omvandlar energi från hydraulolja till rörelseenergi och dieselmotorn skall lyckas sättas i rörelse med ett högt vridmoment och minimivarvtal från stillastående på några sekunder. Från en hydraulikbehållare pumpas hydraulolja till ackumulatorn med hjälp av handpumpen. I ackumulatorn lagras energi i form av tryck med hjälp av en kvävgasbelastad alternativt fjäderbelastad kolv. Manometern visar trycket i ackumulatorn och när önskat tryck är uppnått i ackumulatorn kan spaken för att frigöra hydrauloljan användas. Vid spakrycket förs hydrauloljan till hydraulmotorn och den belastade kolven hjälper till med att pressa in oljan med en ordentlig kraft vilket får hydraulmotorn att kugga ihop med nödgeneratorns startkrans. Hydraulmotorns drev börjar rotera och detta skapar det minimivarvtal som krävs på den ihopkopplade startkransen för att dieselmotorns förbränningsprocess kan initieras. Dieselmotorn hinner starta före det att ackumulatorn med hydraulmotor förloras sin kraft och automatiskt kopplas ur. (Balu, 2010) (Wankhede, 2010) Figur 7 Hydraulstartsanordning (Wankhede, 2010)

34 Hamnmaskineriets konstruktion och funktion Det mest förekommande är att fartyg har dieselgeneratorerna i drift vid hamnuppehåll för att tillgodose strömförsörjningen ombord. Om hamnen är kapabel att leverera el till fartyget samtidigt som fartyget är utrustat för att kunna ta emot el är detta vara ett alternativ till kraftproduktionen. Om energikraven kan tillmötesgås ansluts då fartyget till hamnens lokala elnät. Eftersom effektbehovet varierar mellan olika fartygstyper gjorde Rotterdams hamn 2006 en kartläggning över energikraven efter en grov kategorisering av fartygstyperna. Tabell 1 Energikrav för olika typer av fartyg (Wilske, 2012) Eftersom majoriteten av de oceangående fartygen har elsystem anpassade för högspänd el med 60 Hz frekvens så krävs det att hamnen har frekvensomriktare för att kunna stå för fartygets strömförsörjning. På skolfartyget finns det uttag för landanslutning där en transformator som är placerad överst vid babords lejdare till maskinrummet ändrar från den lokala nätspänningen 3 x 400 Volt till fartygets 3 x 220 V. Figur 8 Till vänster visas transformator och energimätare ombord på skolfartyget, på höger sida visas en del utav fartygets huvudeltavla En energimätare är även installerad (mäter i kwh) och den används vid tillfällen då skolfartyget lägger till vid andra hamnar och förses med den främmande hamnens landanslutning. Skolfartyget är strömlöst när landanslutningen kopplas in och till skillnad från många andra fartygs nätfrekvens där 60 Hz ofta används är frekvensen på skolfartyget 50 Hz. 50 Hz är också den elektriska standarden i Europa. Därför krävs ingen frekvensomriktare utan enbart transformator vid anslutningen. (Wilske, 2012)

35 Pumpar Olika pumptyper Rent allmänt är pumpens syfte att höja en vätskas tryck-, läges- och/eller rörelseenergi. Rörledningarnas uppbyggnad och typen av vätska som skall pumpas är bland annat två faktorer som väger in i ett resulterande systemkrav för pumpen. (Notera att system- och pumpkurvor samt NPSH och val av pumpens placering inte kommer att beröras). Ett pumpsystem består utav av sugledning, pump och tryckledning där pumpens uppgift utifrån vätskan är att tillföra en viss energimängd. I ett fartyg finns det många olika typer av pumpar och här lyfts ett antal av dem fram Deplacementspumpar Pumpning genom pumpdon Deplacementspumpar är också kända som förträngningspumpar. Det är viktigt att pumphuset håller en god tätning då trycket förändras i proportion till massan i pumphuset. Däremot finns det alltid ett litet läckage i pumphuset på grund utav att friktionen annars skulle få pumpen att skära. Alla deplacementspumpar är självsugande och kan alltså startas upp med ett torrt pumphus och torr sugledning. Finns det en risk i rörsystemet att pumpen kan köras mot stängd ventil förses systemet med övertryckskydd. I en kolvpump rör sig en kolv fram och åter i en cylinder (pumphuset) och en konstant mängd vätska pumpas för varje varv. Sug- och tryckventilen är backventiler placerade åt olika håll så att sugventilen öppnar när det råder undertryck i pumphuset och tryckventilen öppnar då det blir övertryck. I sammanhanget bör även membranpumpen nämnas då de har då de har samma funktionsprincip med skillnaden att ett elastiskt membran ersätter kolven. Kugghjulspumpen används ofta som cirkulationspump för smörjoljor och i styrhydrauliken. Flödet som levereras är konstant (utan pulsering) och det är med hjälp av en drivmotor som är kopplad till ena kugghjulet som det blir rotation av kuggarna då det ena kugghjulet blir att driva det andra. Vätskeringpumpen kallas ofta enbart för ringpump och används ofta som hydroforpumpar. Pumphjulet slungar ut vätskan mot periferin och det bildas en vätskering. Vätskeringpumpen är självsugande och okänslig för gasinblandningar i vätskan. Skruvpumpen har en drivande mittskruv samtidigt som det kan finnas en eller två löpskruvar som fyller en tätande funktion. När skruvarna roterar förflyttas gängorna axiellt varigenom pumpverkan uppstår. Excentersskruvpumpen eller också monopumpen har enbart en skruv och skruven arbetar inuti en gummistator vilken kan liknas vid en utdragen korkskruv. Excenterskruvpumpen är relativt okänslig för fasta partiklar och gör sig väldigt bra som sludgepump ombord. Figur 9 Kolvpump (Lunds universitet, 2012) Figur 10 Kugghjulspump (GPM, 2010) Figur 12 Vätskeringpump (HangZhou Ever- Power Vacuum Pumps Co.,Ltd) Figur 11 Excentersskruvpump (Eurocontact, 2010)

36 Turbopumpar Roterande skovelhjul Centrifugalpumpar är ofta direktdrivna av elmotorer. Pumphjulet roterar med högt varvtal och den pumpade vätskan sugs in vid hjulets centrum och slungas ut mot pumphjulets periferi av centrifugalkraften. Det är av vätskan den orsakade centrifugalkraften som bidrar till undertrycket vid pumphjulets centrum så att ny vätska kan sugas in i pumpen. Före starten måste alltså pumphuset fyllas med vätska för att kunna få någon sugförmåga. I dagligt tal kallas radialpumpen för centrifugalpump och axialpumpen propellerpump, det finns även varianter mellan radial- och axialpumpen. Det som avgör vad det är för typ av turbopump är om vätskan får en rörelse radiellt ut från pumpens rotationsaxel eller parallellt med rotationsaxeln vilket bestäms av pumphjulets utformning. Figur 13 Centrifugalpump (AST, 2013) Strålpumpar Konstruerad utan rörliga delar Strålpumpar arbetar ofta mot låga tryck och dess princip är att energi överförs från en vätska till en annan. Drivmedlets höga strömningshastighet orsakar ett undertryck i blandningsrummet varvid mediet som skall pumpas sugs upp genom sugledningen. Strålpumpar kallas ofta ejektorer och finns bland annat installerade i fartygets färskvattensgenerator med syfte att skapa ett undertryck i färskvattensgeneratorn genom att avlägsna luft från förångningskammaren. (Eurocontact, 2010) (Ricky, 2010) (Alvarez, 2006) Anvisningar angående driften Drifttagande Figur 14 Ejektor (Ricky, 2010) Vid uppstart av en deplacement- eller turbopump finns det en rad punkter som bör iaktas enligt följande: Vid start av deplacementspump Kontrollera att rätta ventiler på trycksidan är öppnade Se över pumpens smörjning Öppna sugventilen till det ställe som skall länsas Öppna ventilen på pumpens sugsida Vid start av turbopump Öppna eventuell ventil på sugsidan Kontrollera att pumpen är fylld med vätska Starta pumpen och öppna ventil på trycksidan Efter uppstarten sänks vridmomentet till M min efter att ha passerat uppstartsmomentet M 0, därefter utgör systemet, typ av pump och prestandan det vidare vridmomentet.

37 18 Efter det att pumpen startats bör nedanstående punkter undersökas: Trycket på sug- och trycksidan Drivmotorns effekt Lagertemperatur och ljud Axeltätningar Kopplingar Tätningar 1983 publicerades en undersökning i USA där orsaken till pumphaveri var fördelat på följande sätt: Orsak till pumphaveri Lagerskador 24 % Skador på axeltätningen 23 % Pumpskador pga bristande systemförståelse 17 % Slitage 17 % Annat 19 % Det mest utsatta elementet i en pump är axeltätningen och för att hålla kostnaderna nere bör de underhållas korrekt. Packboxen är en tätningsanordning som är vanlig för roterande axlar. Det finns olika typer av ansättningar där den traditionella principen är ett packningsmaterial bestående av ett antal flätor i exempelvis växtfiber med impregnerad smörjning. För att få flätorna att utöva ett mekaniskt tryck mot axeln komprimeras de med hjälp av en axiellt förskjutbar gland och bottenring vilket får flätorna till att expandera. Vidare bidrar pumpmediet till ett hydrauliskt tryck där en liten läcka tillåts för att transportera bort en del friktionsvärme. Som visas nedan tas det största trycket upp av flätor närmast glanden medan slitage längre in i boxen orsakas av föroreningar från vätskan. Figur 15 Packbox (Eurocontact, 2010) Tillsammans med packboxen finns det en annan vanligt förekommande tätning kallad plantätning där en tunn vätskefilm skiljer två glidande ytor ifrån varandra. Elastomer som exempelvis o-ringar eller v-ringar används för att täta mellan fodret och den roterande ringen samt mellan den roterande axeln och fodret. (Machinery Spaces, 2010) (Alvarez, 2006) (Eurocontact, 2010) Felsökning Deplacementspumpar: Inget sug i pumpen Läcka i sugledningen Kontrollera sugledningen och stoppa läckaget Stängd sugledning Öppna sugledningens avstängningsventil Igensatt filter/sil på sugsidan Rengör filter/sil

38 19 Bruten ventilfjäder Ersätt ventilfjäder Läckande sugventil Reparera sugventil För hög viskositet på den pumpade vätskan Reducera viskositeten genom förvärmning För låg viskositet på den pumpade vätskan Använd en mer lämplig pump Läckande kolv Byt ut kolvringar Låg pumpkapacitet Läckande ventiler Öppna tryckventilen helt Lågt pumpvarvtal Öka pumpvarvtalet Inställningsfel på säkerhetsventilen Kontrollera säkerhetventilsinställning Läcka i sugledningen Kontrollera sugledningen och stoppa läckaget Igensatt filter/sil på sugsidan Rengör filter/sil Läckande säkerhetsventil Återställ säkerhetsventilen Hög effekt Högt pumpvarvtal Reducera pumpvarvtalet Hög viskositet på den pumpade vätskan Reducera viskositeten genom förvärmning Lågt undertryck på sugsida Kontrollera sugsidan, särskilt filter Högt mottryck på trycksidan Kontrollera trycksidan, särskilt tryckventil Stor friktion vid förträngare Justera tätningar Stor friktion vid kolvstång Lossa packboxen och byt ut packningsmaterialet Oljud (knackande eller skramlande) Sughöjden är för stor eller inflödet för lågt Ändra uppfodringshöjd eller inflöde Vibrationer i sug- eller tryckledning Korrigera vätskehöjden i luftkammaren Hög stängningshastighet på sug- eller tryckventil Justera fjäderspänningen till vätskans viskositet Centrifugalpumpar: Inget sug i pumpen Läcka i sugledningen Kontrollera sugledningen och stoppa läckaget Stängd ventil på sugledning Öppna ventil på sugledning

39 20 Igensatt filter/sil på sugsidan Rengör filter/sil Felaktig rotationsriktning Ändra rotationsriktningen Otillräcklig vätskefyllning i pumpen Fyll på pumpen Otillräcklig avluftning av pumphuset Fyll evakueringspumpen med vätska För hög viskositet på den pumpade vätskan Reducera viskositeten genom förvärmning Slitet inlopp på diffusor Byt ut diffusorn Låg pumpkapacitet Stor strypning på tryckledningsventil Öppna ventilen på tryckledningen fullt ut Lågt pumpvarvtal Öka pumpvarvtalet Högt mottryck på systemet Kontrollera systemet Pumphjulet slitet vid ytterdiametern Byt ut pumphjulet För lite pumpad vätska Öka på den pumpade vätskan Hög effekt Högt pumpvarvtal Reducera pumpvarvtalet Stort flöde på pumputloppet Reducera pumputloppets flöde Stor friktion på packboxen Lossa packboxen och byt ut packningsmaterialet om nödvändigt Stor ytterdiameter på pumphjulet Byt ur pumphjulet Oljud Lågt NPSHP Minska flödeshastigheten på pumputloppet Lösa eller slitna lager Granska lager och byt ut vid behov (Scott, Bright Hub Engineering, 2011) (Hansheinrich & Bernhardt, 2009)

40 Turbokompressorer Uppladdning Dieselmotorn förbrukar en stor luftmängd där luftbehovet inte bara går till själva förbränningsprocessen, utan även fyller funktioner som att rengöra cylindrar och kyla kolvtoppar och avgasventiler. För att Figur 16 Turbokompressorer (Kuiken, 2008) tillhandahålla en större luftmängd komprimeras luften innan den når cylindrarna. Komprimeringen sker med hjälp av avgasturbindrivna kompressorer. På långsamtgående tvåtaktsmotorer tillförs luften till cylindrarna via spolluftsportar medan det på fyrtaktsmotorer flödar in via inloppsventiler. På många fartyg kyls luften innan den når spolluftsbältet. I skolfartyget kyls luften i en kylare med sjövatten.(kuiken, 2008) Typer av system Grundläggande arbetsprincip Luften sugs in genom luftfilter samt ljuddämpare till kompressorhjulet och komprimeras till övertryck innan den når luftkylare och spolluftsbälte. Avgaserna flödar in i turbinens avgasinlopp och expanderas i munstycksringen. Skovlarna genererar energi till avgasturbinens rotor som driver kompressorhjulet och avgaserna flödar vidare ut i atmosfären Figur 17 VTR Turbokompressor, ABB (ABB Turbo Systems Ltd)

41 Impulssystemet Turbinhjulet matas med avgaser enligt två olika system. Skolfartyget (men ofta också andra fyrtaktsmotorer) använder sig av så kallad impulsdrift av turbokompressorn. Rent generellt är avgasrören dimensionerade med korta avstånd till turbinen och rören är relativt smala för att utnyttja avgasernas tryckstötar (impulser) vid ögonblicket då avgasventilen öppnar. Dieselmotorns cylindrar arbetar som bekant i serie och för att inte avgaserna skall strömma ur en cylinder till en annan under gasväxlingen kopplas ett antal avgasrör ihop. Skolfartyget har nio cylindrar där avgasrören till de nio cylindrarna är ihopkopplade till tre samlingsrör som leder till turbokompressorn Liktryckssystemet Det är främst långsamtgående tvåtaktsmotorer som använder sig av liktryckssystemet där det i kombination med eldrivna fläktar som körs vid låg belastning (fläktarna har berörts i tidigare kapitel) har visat sig vara det mest lönsamma alternativet. I liktryckssystemet samlas avgaserna i ett gemensamt uppsamlingskärl där deras tryck jämnas ut innan de når avgasturbinen. Således strömmar en kontinuerlig avgasmängd till avgasturbinen. (ABB Turbo Systems Ltd) (Alvarez, 2006) Viktiga parametrar Figur 18 Huvudmotorns avgasledning ombord på skolfartyget När skolfartygets är i drift och avgasturbinen utsätts för kontinuerligt höga avgastemperaturer bidrar det till beläggningar i avgasturbinen (främst på skovelsystem och munstycksring). Beläggningarna påverkar turbokompressorn negativt i den mening att effekten på aggregatet minskar. Vidare följs det åt av en negativ spiral där lufttillförseln påverkas av den reducerade effekten vilket i sin tur leder till att avgastemperaturen in till turbinen stiger. (Notera även att beläggningar som bildas vid en högre avgastemperatur är svårare att få bort). Om oljeseparatorn inte lyckas med att separera bort bränsleföroreningar som saltvatten eller om cylindersmörjningen är alltför riklig med innebörden att höga halter av aska från cylinderoljans förbränning följer med avgaserna bidrar även det till beläggningar. Rengöringen av turbokompressorn bör ske i intervaller med relativt korta mellanrum. Om rengöringen inte sker förrän det att effekten på motorn har börjat reduceras hinner beläggningarna snabbt att fortplantas. (Andersson, 2008)

42 Felsökning Hög avgastemperatur Fel i motorns bränsleinsprutningssystem (det vill säga mer bränsle insprutas) Anpassa insprutningstillfället enligt motortillverkares instruktioner Igensatt luftfilter Otillräcklig luftmängd i förbränningskammare, byt ut luftfilter Beläggningar på kompressor eller turbin Rengör turboladdarens kompressor- eller turbinsidan Högt avgasmottryck Avlagringar i avgaskanal och munstycksring, rengör avgasturbinen från avlagringar Eroderade eller skadade turbinskovlar Byt ut turbinskovlar och byt ut rotor vid erosion Erosion av täckring (täckringen omger turbinbladens spetsar) Ersätt täckringen Smutsig laddluftkylare Rengör laddluftkylare Otillräckligt kylvattenflöde i laddluftkylare Öppna ventilen för kylvattnet Hög temperatur på kylvattnet in till laddluftkylare Kontrollera temperaturen på kylsystemets värmeväxlare och rengör vid behov Otillräcklig ventilation omkring turboladdaren Förbättra ventilationen Lågt laddtryck på luften Läckage i avgaskanalen mellan turbin och motor Lokalisera och reparera läckan Felaktigt inställd bränsleinsprutning Anpassa insprutningstillfället enligt motortillverkares instruktioner Felindikerande manometer Kontrollera manometern och ersätt vid behov Läckage i ledningen till manometern Reparera läckage Igensatt luftfilter Igensatt luftfilter orsakar tryckfall, byt ut luftfilter Beläggningar på kompressor eller turbin Rengör turboladdarens kompressor- eller turbinsidan Läckande/skadad labyrinttätning (labyrinttätningen förhindrar avgaser från att nå kompressor) Rådfråga berörda parter angående utbyte Skada på skovlar och/eller kompressorhjulet Byt ur rotor Munstycksringen skadad Ersätt munstycksringen Erosion av täckring Ersätt täckringen Högt avgasmottryck Rengör avgasljuddämpare Smutsig laddluftkylare Rengör laddluftkylare Högt laddtryck på luften Stor motorbelastning

43 24 Reducera motorbelastningen Felaktigt inställd bränsleinsprutning Anpassa insprutningstillfället enligt motortillverkares instruktioner Felindikerande manometer Kontrollera manometern och ersätt vid behov Smutsig munstycksring Rengör munstycksringen Vibrationer Rotorn är i obalans på grund av tunga beläggningar på kompressorhjul och turbinskovlar Rengör kompressor- och turbinsida, vid onormala vibrationer bör berörda parter rådfrågas Skada på turbinskovel eller skada på hopbindningen Byt ut och ersätt Obalans i rotor på grund av att en av skovlarna kan vara bruten eller för mycket eroderad Ta bort bruten skovel samt montera bort den motsatt placerade skoveln för att motverka variationer i centrifugalkraften som verkar på rotorn Feljusterat lager Sök möjlig orsak eller byt lager Oljud vid nedvarvning Lagerskada Byt lager Avlagringar i turbinen Rengör turbinen Skadad labyrinttätning Samtala med landfirma för att reparera labyrinttätning Överbelastning Ökat flödesmotstånd pga. smutsig laddluftkylare eller tunga avlagringar på kompressor- och turbinsida Rengör berörda komponenter Ökat tryck efter turbinen Rengör den smutsiga ljuddämparen (Ignesh, 2011)

44 Värmeväxlare Värmeväxlare överför värme från ett medium till ett annat där mediet av högre temperatur överför värme till mediet av lägre temperatur. Blandningsvärmeväxlare förekommer men ofta är en skiljevägg placerad mellan arbetsmedierna så att de olika flödena inte blandas. Värmeöverföringen sker då via skiljeväggen Typer av värmeväxlare Tubvärmeväxlare Tubvärmeväxlare är billigare i jämförelse med plattvärmeväxlare och rengöringsskötseln är lätt (dock är underhållsintervallerna mer frekventa). På skolfartyget är bland annat färskvattenskylaren en tubvärmeväxlare och enligt exemplet strömmar sjövattnet (kylande medium) inuti tuberna och färskvattnet (medium som kyls) strömmar runt utsidan av tuberna. Skärmplåtar håller tubsatserna på plats samtidigt som de förlänger strömningsvägen. Sjövattnets strömningshastighet bör ligga inom vissa gränsvärden då en för hög strömningshastighet innebär erosionskorrosion (tubernas skyddande oxidhinna nöts bort och korrosion kan då uppstå). En följd till för låg strömningshastighet är att organismer från havet lätt kan fästa sig fast i rören Plattvärmeväxlare Figur 19 Tubvärmeväxlare (Kamui Company Ltd, 2012) Plattvärmeväxlaren består av ett antal korrugerade stålplattor med gummipackning. Plattorna bärs upp med hjälp av en bärande stång. Kyleffekten väljs utifrån antalet ihoptryckta stålplattor som finns mellan de två gavelplåtarna (tryckplattan och stativplattan). (Alvarez, 2006) (Andersson, 2008) (Seco Inc, 2013) Figur 20 Plattvärmeväxlare (Seco Inc, 2013)

45 Förhindra blandning av de två medierna Läckagesökning på tubvärmeväxlare Om exempelvis en av sjövattenstuberna i färskvattenskylaren ombord på skolfartyget skulle börja läcka åtgärdas det enklast genom att plugga igen den skadade tubens båda ändar istället för att byta ut den. I en tubvärmeväxlare kan det vara svårt att notera eventuella läckage. Därför är en tumregel att hålla sjövattnets strömningshastighet något lägre än färskvattnet vilket minskar risken för att sjövatten tar sig in i färskvattensystemet. Ett större läckage är däremot lättare att upptäcka ombord på skolfartyget eftersom en plötslig förlust av färskvatten ger en god indikation (eventuellt smörjoljeförlust vid tal om skolfartygets smörjoljekylare). Läcksökning kan utföras på en tubvärmeväxlare genom att isolera värmeväxlaren från systemet och tömma den på sjövatten. Därefter öppnas luckorna för att tubsatserna skall synliggöras. Om tubsatserna visar sig vara torra och det inte syns några hål kan tubvärmeväxlaren antas vara kompakt och utan läckor. I större tubvärmeväxlare kan det vara svårare att få tubsatserna helt torra och därför kan fluorescerande färgämne tillsättas på mantelsidan. Det fluorescerande färgämnet börjar därefter att självlysa på eventuella läckage när ultraviolett ljus lyser på färgämnet Läckagesökning på plattvärmeväxlare De två medierna förs in i plattvärmeväxlaren via stativplattan och genom att ta bort bultarna kan tryckplattan förflyttas bakåt vilket öppnar upp för inspektion, tvättning eller rengöring av stålplattorna vilket ger plattvärmeväxlare en lättare underhållningsprocedur. Eventuella läckage syns enklast från plattpaketets utsida eftersom medierna i plattvärmeväxlaren är inkapslade och packningarna är avskilda med ett mellanrum som är ventilerat till atmosfären. Enklaste metoden för läcksökning är att använda sig av fluorescerande färgämne och samma tillvägagångsprincip som vid tubvärmeväxlare. I övrigt bör nämnas att läcksökningen på luftkylare kan vara problematisk. Som tidigare nämnt exempel kyls spolluften på skolfartyget av sjövatten vilket kan vålla stora skador på huvudmotorn vid ett eventuellt läckage. Det finns flera metoder till att läcksöka en luftkylare men ett vanligt sätt är att applicera ett lågt övertryck på luftsidan och kontrollera om det på sjövattenssidan uppstår bubblor. (Chopra, 2012) (WCR Sweden AB, 2012) Övrigt Figur 21 Luftventilering (WCR Sweden AB, 2012) Temperaturreglering utförs ofta genom att förbikoppla en del av inkommande medium eller också genom att justera den kylande vätskans utloppsventil och låta inloppsventilen hållas öppen (justering av sjövattnets utloppsventil vid exempel av skolfartygets färskvattenskylare). Om man enbart justerar sjövattnets utloppsventil medför det att trycket i värmeväxlaren hålls konstant. Om trycket skulle sänkas på sjövattenssidan finns det nämligen en risk till att det bildas luftsamlingar vilket försämrar värmeväxlarens kyleffekt. Värmeväxlare är ofta konstruerade så att en automatisk avluftning kontinuerligt fortlöper. Dräneringspluggar finns placerade i en värmeväxlares nedre sektion samtidigt som det kan finnas avluftningsventiler som är placerade i värmeväxlarens övre sektion (dock är avluftningsventilerna ämnade främst till att öppnas vid mediets påfyllningstillfälle). När värmeväxlaren isoleras från systemet för ett eventuellt underhåll stängs först inloppsventilerna och därefter utloppsventilerna. Därefter dräneras kvarvarande vätska från värmeväxlarens dräneringspluggar. I värmeväxlare med sjövattenskylning är anoder placerade på luckorna för att förhindra bimetallkorrosion (på grund av metallers olika ädelhet), anoderna bör kontrolleras och eventuellt bytas ut vid lämpliga tillfällen. (Machinery Spaces, 2010) (Alfa Laval Lund AB, 2012)

46 Felsökning Läckage Korrosion-, kavitation- eller sprickor i värmeväxlare eller trasiga tätningar De två massflödena blandas Nedsmutsning Sedimentering Ökad flödesresistans Hög yttemperatur i olja-/bränsleförvärmare kan leda till koksbildning Det uppvärmda mediets flöde minskar och en stigande utloppstemperatur på det medium som skall kylas Otillräcklig vattenbehandling leder till beläggningar av härdade beståndsdelar Sänkt utloppstemperatur på mediet som skall kylas Felmonteringar Felmonterade tätningar (gällande plattvärmeväxlare) De två massflödena blandas Otillräcklig tätning mellan gaveltubplåtar och tubsatser (gällande tubvärmeväxlare) De två massflödena blandas Överflöde av ånga på ånguppvärmd förvärmare Blockerat eller skadat kondensavlopp Kondensatet dräneras inte ut Låg tryckskillnad mellan förvärmare och kondensor vid delbelastning Värmeväxlarens effekt försämras och önskad förvärmningstemperatur kan ej uppnås Överbelastning Överskridande genomströmning enligt instruktionsanvisningar eller också (i fall av plattvärmeväxlare) för litet antal monterade värmeöverföringsplattor Kavitation (Alfa Laval Lund AB, 2012) (Cal Gavin, 2013)

47 Pannor Ånggeneratorer som ofta kallas ångpannor, är en typ av värmeväxlare. Betoningen i det här kapitlet ligger på vattenrörspannan och avgaspannan (som även den ofta är en typ av vattenrörspanna). Inom fartygsdriften används mestadels naturlig- eller påtvingad cirkulation för fartygets pannsystem, där naturlig cirkulation i första hand gäller vattenrörspannan och den påtvingade cirkulationen gäller avgaspannan. En del övervakningsfunktioner som exempelvis temperaturövervakningen på överhettaren lämnas bort då detta främst tillhör ångturbinsinstallationer där en relativt konstant ångtemperatur krävs. Skolfartyget har en värmepanna med en effekt på 151 kw och kommer därför inte att beröras särskilt desto mera. Rosella däremot har två stående eldrörspannor med ångproduktionen 4 ton/h vardera samt fyra avgaspannor (en för varje huvudmaskin). Antonis I. Angelicoussis (IMO nr ) är ett stort tankfartyg med en huvudmotor och i bruttodräktighet. Hon är installerad med bland annat två vattenrörspannor samt en avgaspanna. (Aalborg Industries, 2012) (Rauma Repola OY, 1976) Ångpannans grunder Vattenrörspannan Värme levereras från en bränningsutrustning Vattenrörspannan är konstruerad för att inneha en liten vattenmassa i förhållande till sin producerade ångmängd eftersom vattenrören i pannan är väldigt smala i diameter samt placerade väldigt nära eldstaden och det resulterar i ett högt tryck och en hög temperatur. De två vattenrörspannorna på Antonis I. Angelicoussis består av en ångtrumma och en matarvattenstrumma vardera och konstruktionen ger bland annat en kort uppvärmningstid, hög pannverkningsgrad och tillräckliga ångflöden. Däremot är den termiska lagringskapaciteten låg och pannvattnet måste hålla en god kvalité. I Antonis I. Angelicoussis vattenrörspannor beror vattnets cirkulationsflöde på densitetsskillnader i pannans ång- och matarvattenstrumma. Eftersom temperaturen i matarvattenstrumman är lägre kommer densiteten där att vara större än för pannans mer uppvärmda sektioner som de stigande vattenrören vilket ger upphov till pannvattnets naturliga cirkulation. Från det att matarvatten pumpats in till matarvattenstrumman fördelas pannvattnet i de stigande vattenrören samtidigt som det värms upp och delvis förångas. Syftet med ångtrumman är att separera pannvattnet från ångan och med hjälp av gravitationen dirigera pannvattnet tillbaka i retur till matarvattenstrumman genom fallrör. Ångan däremot fortsätter vidare mot Antonis I. Angelicoussis överhettarutrustning. Sot från förbränningen som hamnat på värmeöverförande ytor måste avlägsnas eftersom de isolerar och förorsakar brandrisk. Därför används ånga för att blåsa ytorna rena, så kallat sotblåsning. Figur 22 Vattenrörspanna, Aalborg Industries MISSION D- type (Aalborg Industries AB)

48 Eldrörspannan Kort utredning av Rosellas ena eldrörspanna Den största skillnaden mellan en vattenrörspanna och en eldrörspanna är att rökgaserna strömmar utanför rören i en vattenrörspanna medan de i en eldrörspanna strömmar innanför rören Avgaspannan Figur 23 Eldrörspanna ombord på Viking Lines M/S Rosella (Aalborg Industries AB) Värme levereras från avgasernas överskottsvärme På Rosella tar fartygets avgaspannor tillvara på en del av avgasernas spillvärme som kommer från huvudmotorernas avgasrör. Andelen ånga som avgaspannorna på Rosella kan generera beror helt på den mängd avgaser som tillåts passera igenom avgaspannorna samt avgasernas temperatur. Som visas på figuren för ett förenklat avgaspannsystemet används en cirkulationspump för att cirkulera pannvatten mellan eldrörspannan och avgaspannan. När pannvattnet delvis förångat efter att ha passerat avgaspannan leds det till toppen av eldrörspannan. Pannarrangemanget på Rosella är utformad så att avgasflödets fördelas så jämt som möjligt i avgaspannan och om huvudmotorerna går på en låg belastning kan avgaserna kopplas förbi avgaspannorna med hjälp av spjäll för att undvika en ökad sotbeläggning. I enlighet med figuren för det förenklade avgaspannsystemet visas det att efter eldrörspannan leds ångan antingen till fartygets ångförbrukare eller till en överproduktionskondensor. Om exempelvis valfri eldrörspanna på Rosella håller ett konstant tryck och avgaspannorna genererar ett överskott av ånga kommer överskottsångan att ledas av ångtryckets regleringsventil till överproduktionskondensorn. Det resulterande kondensatet leds till kondensatövervakningstanken (hot well) och pumpas därefter till eldrörspannans lägre sektion. Om däremot Rosella har ett ångunderskott kan ett tillvägagångssätt för att åtgärda detta vara om man låter valfri eldrörspanna tillsammans med avgaspannorna gå parallellt i drift där eldrörspannan genererar den skiljande ångmängden mellan ångbehovet och avgaspannorna. (MAN B&W Diesel, 2013) (Tayler, 1996) (Aalborg Industries AB)

49 30 Figur 24 Förenklat avgaspannsystem (MAN B&W Diesel, 2013) Kringliggande parametrar Bränsle Tjockolja eller dieselolja används som bränsle till Antonis I. Angelicoussis vattenrörspannor. Tjockoljan måste förvärmas för att kunna pumpas och för att den inte skall kallna i ledningarna när eldningen är avställd finns det ångrör placerade under Antonis I. Angelicoussis bränslesystemsisolering. Om tjockoljan skulle nå en för hög förvärmningstemperatur under oljeeldningen kan det leda till skador på eldningsaggregatet då bränslet skulle riskera att förbrännas i ett alltför tidigt skede. Om temperaturen på tjockoljan blir för låg under förvärmningen kan förbränningen försenas och då riskera att överbelasta avgaspannan Luftöverskott Förbränningens luftbehov tas av brännarfläkten från maskinrummet utan någon större filtrering. Primärluften transporterar bränslet och bidrar till finfördelningen i eldstaden samtidigt som sekundärluften introduceras i bränslet först i eldstaden för att förbränningen skall försöka fullbordas. Eftersom det inte är en ideal förbränning som sker i eldstaden kan förutsättningarna för en god bränsle- luftblandning bättras med hjälp av ett luftöverskott (skillnaden mellan teoretiskt- och verkligt använd luftmängd). Nackdelen med det tillförda luftöverskottet i eldstaden är att förbränningstemperaturen sänks då en större gasmängd måste uppvärmas. Detta bidrar bland annat naturligtvis också till att rökgastemperaturen efter eldstaden sjunker med ett ökat luftöverskott. Förbränningen kan bedömmas genom att visuellt bedöma skorstensrökens- och flammans utseende. Ett för lågt luftöverskott (syrebrist) tas i form av att flamman blir trubbigare och får en mer mörkröd nyans samtidigt som skorstensröken blir svartare och sotbildningen ökar. Ett för stort luftöverskott ger flamman en spetsig form med en aning blåbetonad skiftning. Rökgaserna indikerar inte alltid om det är en ekonomisk förbränning eftersom klara rökgaser även fås vid ett för stort luftöverskott. Rökgaserna skall försöka justeras så att de håller en svag färg utan att för den delen bli svarta. Ett annat sätt att bedöma förbränningen är genom rökgasanalys där mängden O 2 samt halten oförbrända kolväten bestäms.

50 Vattenbehandling Eftersom vatten fäller ut hårdhetsbildande salter under uppvärmning och därmed kan bilda pannsten blir vattnets kvalitet en viktig faktor att ta hänsyn till. Matarvattnet är behandlat saltvatten och väl inne i vattenrörspannan kallas det för pannvatten. Det finns alltid en risk på fartyg att varmvattensystemet för med sig salt eller olja vilket medverkar till skumbildning och därför övervakas matarvattnets salt- och oljeinnehåll. Övervakningen sker genom att vattnets elektriska konduktivitet mäts då den är i relation till salthalten. Vid en bottenblåsning avlägsnas föroreningar som samlats i botten av pannan, men även skum som bildats i pannans övre del kan avlägsnas på i princip samma tillvägagångssätt som vid en bottenblåsning (med skillnaden att det är skumventilen i pannans övre sektion som berörs istället för ventilen för bottenblåsning i pannans nedre del). Bottenblåsning kan även utföras i syfte att reducera pannvattnets densitet genom att minska vattennivån eller vid en nödsituation där en överfylld panna måste tömmas på pannvatten. För att utföra en bottenblåsning utförs på bottenblåsningsledningen följande procedur: 1. Öppna först överbordsventilen 2. Öppna bottenblåsningsventilen fullt ut (backventil) 3. Före överbordsventilen skall det finnas ytterligare en ventil. Med den här ventilen styrs bottenblåsningen. 4. Efter bottenblåsning stängs alla ventiler i omvänd ordning. Observera att en varm bottenblåsningsledning trots stängda ventiler är en indikation på att bottenblåsningsventilen läcker Tändbrännare Vid elektrisk tändning används fartygets nätspänning som matar elektrisk energi till en tändtransformator. Tändtransformatorn levererar en sekundärspänning till tändbrännaren. Tändbrännaren innehåller två tändelektroder och på grund av den elektriska energin bildas en gnista mellan de två tändelektroderna och på skolfartyget antänds bränsle-luftblandningen direkt av denna gnista. När däremot Antonis I. Angelicoussis brännare skall arbeta med tjockolja används speciella tändbrännare med dieselolja som bränsle. Flamvakter är konstruerade till att stänga av bränslematningen om flamman slocknar. Om en antändning misslyckats kan det exempelvis bero på att avståndet mellan tändelektrodernas spetsar är otillräckligt. (Alvarez, 2006) (Kantharia, Marine Insight, 2010) Oljebrännare Rotationsbrännare Atomatiserar oljan dynamiskt I den här typen av brännare driver (ofta) en elmotor en roterande kopp. Inuti den förbindande axeln är ett icke roterande bränslerör placerat varvid bränsle leds till den roterande koppen. När bränslet lämnar brännaren slungas det ut med hjälp av primärluften och med centrifugalkraftens hjälp och på grund av den koniska formen på koppen breds oljefilmen ut väl. Primärluftens fläkt är placerad på den roterande axeln och en krans av ställbara skovlar efter fläkten dirigerar primärluften till att genomkorsa bränslefilmen. Fläkten i sig är oberoende av belastningen. Däremot kan luftflödet till fläkten strypas med hjälp av en spjällskiva som finns placerad före fläkten. Sekundärluften introduceras till bränslet först i eldstaden och ställbara skovlar till sekundärluften gör att även den får en rotation motsatt till bränslet för en bättre blandning av bränsle och luft.

51 Tryckoljebrännare Figur 25 Rotationsbrännare med tillhörande sprängskiss (Compab AB) (Integrated Publishing, Inc.) Atomatiserar oljan med högt tryck På både Rosella och skolfartyget är tryckoljebrännare installerade. Tryckoljebrännarens oljetryck varierar från olika installationer men mindre brännare kan pumpas till cirka 7 bars oljetryck medan de största når upp till cirka 60 bar. När oljan når munstycket får oljan i munstycket en skruvrörelse vilket resulterar i att finfördelad olja blandas med luft i en virvlande konformad skepnad när oljan passerat munstycket. Förbränningsluften som levereras via en fläkt till pannan består helt av sekundärluft. Skolfartygets tryckoljebrännare är av monoblocktyp (fläkt, brännare och kringutrustning som färdig enhet) där fläkten är placerad i själva brännarhuset och en elmotor driver både fläkt och oljepump. Den initiala tändningen sker med hjälp av tändelektroder som är placerade just framför munstycket. Figur 26 Tryckoljebrännare ombord på skolfartyget med tillhörande sprängskiss (Andersson, 2008) När belastningen skall minskas på en större tryckoljebrännare som exempelvis Rosellas brännare används en returledning eftersom en sänkning av oljeflödet skulle påverka finfördelningen av oljan negativt då oljans rotationshastighet inne i munstycket skulle minska. Eldningsoljan kan även blåsas in med hjälp av torr ånga eller tryckluft. (Alvarez, 2006)

52 Driftsreglering Utöver vattenbehandling samt bränsle och luftsparametrar övervakas ångpannan av diverse reglerutrustning för att tillhandahålla föreskrivna värden Övervakning av ångtrycket Brännarens utmatade effekt reglerar ångtrycket. Ett minskat ånguttag medför att trycket i pannan ökar samtidigt som ett ökat uttag av ånga gör att trycket i pannan sjunker. Om trycket i valfri vattenrörspanna på Antonis I. Angelicoussis upprätthålls utan en kontinuerlig utmatad effekt från brännaren kommer brännaren att gå över till att arbeta intervallvis. Detta gäller också när vattenrörspannan och avgaspannan går i parallelldrift och avgaspannan inte på egen hand mäktar med att täcka upp för hela ångbehovet Vattenståndsreglering I en vattenrörspanna kan vattennivån sjunka snabbt och det är av yttersta vikt att inte självcirkulationen störs vilket skulle leda till att vattenrören överhettas. En hög vattennivå däremot medför att vattnet kan följa med i ångutloppet och anslutna komponenter kan komma att utsättas för vattenslag. Pannsystemet är av säkerhetsskäl därför utformat så att man skall kunna mata in mer matarvatten till matarvattenstrumman än vad ånga hinner produceras under drift med konstant maximerat ånguttag. Två matarvattenspumpar är installerade i systemet och de är matade från vardera skenhalva på huvudtavlan för redundansens skull. Alltså kommer den stillastående matarvattenpumpen att starta om matarvattenpumpen i drift av någon orsak inte klarar av att leverera önskat tryck Övervakning av förbränningen Förhållandet mellan bränsle- och luftmängden är inte konstant eftersom bränslets värmevärde kan variera. Vidare kan som exempel dras att när valfri vattenrörspannas brännaraggregat på Antonis I. Angelicoussis arbetar med en full belastning har den öppnat upp för ett fullt bränsleflöde vilket medför ett ökat ångflöde i ångpannan. Om då brännaraggregatet drar ner på bränsleflödet kommer luftöverskottet till att öka vilket påverkar blandningen av bränsle och luft. Luftmängden till förbränningen regleras genom att luftspjällets position eller genom att fläktens hastighet ändras och den skall svara mot föreskrivet läge på bränsleventilen. Ofta slår automatiken av bränslematningen till brännaren när riskabla mätvärden överskrids, så som: Ångtryck Ångtemperatur Vattennivå i ångtrumma Trycket i eldstaden Dragreglering På skolfartygets värmepanna används rökgasspjället som sitter i pannans rökgasrör för att reglera draget i pannan (orsakad av temperaturskillnader i rökgaserna och atmosfären). (Alvarez, 2006) Driftsrutiner Följande uppstartsprocedur behöver inte gälla alla ångpannor då diverse ångpannor har specifika system med ytterligare steg som måste fullföljas, dock kvarstår den grundläggande principen oförändrad: 1. Gör en visuell granskning av ångpannan (säkerhetställ att ventilationsventilen för ångtrumman är öppen för att kontrollera att pannan inte innehar något övertryck, kontrollera även att huvudångventilen är stängd och se till att nödvändiga ventiler för bränslet öppnats och att bränslet cirkulerar i systemet tills det värmts upp tillräckligt). 2. Fyll på ångtrumman med matarvatten till just över den lägre vattennivågränsen (nämnd vattennivågräns säkerhetställer att vattnet i pannan inte expanderar till den grad så den utsätter

53 34 pannan för ett övertryck, samtidigt som nivån är tillräcklig för att någon säkerhetsenhet inte skall hindra pannan från att få starta). 3. Före det att brännaren kan startas, se till att rökgaspassagerna är öppnade. 4. Starta pannan i automatläge vilket får brännarfläkten att ventilera förbränningskammare och rökgaskanaler för att driva ut eventuella rökgaser i eldstaden. 5. Efter den förinställda rökgasutdrivningen kommer pilotbrännaren att antändas. Pilotbrännaren består av två elektroder med en genomgående strömmatning där en gnista produceras mellan elektroderna via en transformator. Pilotbrännaren matas med dieselolja och när bränslet passerar mellan de två elektroderna antänds den. 6. Huvudbrännaren som många gånger matas med tjockolja antänds med hjälp av pilotbrännaren. 7. Kontrollera genom synglaset och säkerhetställ att flamman i förbränningskammaren är tillräckligt tillfredställande. 8. När trycket börjar stiga bör ett vakande öga se över vattennivån och öppna upp för matarvatten när vattennivån i synglaset är stabilt. 9. Under uppvärmningen bör ventilation på pannan fortskrida tills det att ånga börjar komma ut ur pannans ventilationsventil. (Om pannan innehar ett eventuellt undertryck skall ventilationsventilen vara stängd tills det att atmosfärstryck råder i pannan för att förhindra luftintag). Efter det att önskat tryck har uppnåtts i pannan öppnas ventiler och avstängningsanordningar långsamt. Om nödvändigt, dränera och ventilera anslutningsledningar för att förhindra fuktslag och värmespänningar vid den drastiska temperaturökningen. Säkerhetställ att leveransen av pannans matarvatten fortskrider samtidigt som ånga tappas ut. Obemannad automatiskt fortlöpande drift kan initieras vid en funktionskontroll av pannans driftsövervakning. Vid pannans avstängningsprocedur trycks stoppknappen in på kontrollpanelen vilket får eldningen att upphöra samtidigt som en fortsatt ventilation av förbränningskammare och rökgaskanaler tillhandahålls. Matarvattenssystemet bör fortsätta att cirkulera tills det att huvudångventilen är stängd. Vidare är det rekommenderat att inte stänga huvudångventilen förrän risk att en oförutsedd tryckökning på grund av en fördröjd förångning är undanröjd. Kringliggande utrustning tillåts att stängas av först när förbränningen upphört och huvudångventilen är avstängd. När trycket i pannan ligger just över atmosfärstrycket öppnas ventilationsventilen för att förhindra vakuumbildning inne i pannan. (Kantharia, Marine Insight, 2010) Felsökning Ingen flamma Tillslagen säkerhetsutlösning med trolig anledning av: högt ångtryck, låg vattennivå, lågt tryck i bränslematningen, otillräcklig tillförsel av förbränningsluft, ingen lyckad antändning inom säkerhetens tidsmarginal, hög vattennivå, hög temperatur i den överhettade ångan Leder till att ångtrycket sjunker Överskridande ångtryck Brännarens börvärde för effektstyrning är för högt justerad, effektstyrningen agerar för långsamt Fara för pannan då överproduktionskondensorn kan utsättas för påfrestningar vid en kombinerad drift mellan huvudångpanna och economiser, vidare öppnas säkerhetsventiler Låg vattennivå Frånvarande/otillräcklig matarvattensmatning, vattenläcka i panna eller matarvattenssystem Fara för pannan (genombränning) Lågt tryck på bränslematningen Igensatt bränslefilter, bränslepumpsskada, fel på bränsletrycksregulator Flamman slocknar Otillräcklig tillförsel av förbränningsluft Pannfläktsskador, fel på luftvolymsregulator, luftvolymregulatorns börvärde är för lågt Ofullständig förbränning, flamman slocknar

54 35 Ingen lyckad antändning inom säkerhetens tidsmarginal Fel på det elektriska tändningsaggregatet, för stort mellanrum mellan de startande elektroderna, avbruten bränsletillförsel till brännaren tändning Pannprogrammet utför ett nytt tändningsförsök (upp till två gånger) Hög vattennivå Överskottstillförsel av matarvatten, expansion under uppstarten beaktades inte Tryskslag i ångsystem, pannläcka Hög temperatur i den överhettade ångan För hög överhettning, fel på temperaturregulatorn för överhettad ånga Överhettningsångans konsumenter äventyras Lågt ångtryck Brännarens börvärde för effektstyrning är för lågt justerad, effektstyrningen agerar för långsamt Konsumenterna får inte tillräckligt med värme (bland annat uppnår inte tjockoljan en tillräcklig matningstemperatur) (Sanguri, Marine Insight, 2012) (Wankhede, Marine Insight, 2010)

55 36 3. Rör- och transfersystem Observera att kapitlet Rör- och transfersystem främst kommer att beröra bränslesystemet men även i någon mån smörjoljesystemet. 3.1 Bränsle- och smörjningssystem Avgränsas vid att bränsle- och smörjoljans funktion inte är beskriven, däremot lyfts reningsprocessen fram i form av separatorn. Rent generellt rengör separatorer bränsle, smörjolja samt behandlar länsvatten och sludge men observera att det som här kommer att presenteras är enbart oljeseparatorn med tillägg för en kort systembeskrivning Settlingtanken På skolfartyget startar reningsprocessen i settlingtanken. Settlingtanken är i systemet placerad före dagtanken, som också kallas servicetanken. Det som är installerat mellan de två olika tankarrangemangen är oljeseparatorn. Settlingtankens syfte är att separera stora vattendroppar genom gravitationskraftens naturliga sedimentering. Om däremot också fasta partiklar skulle börja separeras i skolfartygets settlingtankar skulle det innebära att olika skikt på botten bildades, vilka skulle vara svåra att få bort. Eftersom skolfartyget inte har någon tjockolja ombord kommer scenariot för tjockolja istället att presenteras med inriktning på Rosella. På grund av tjockoljans raffineringsprocess består den av en mängd olika föroreningar som bland annat vatten, aluminium, järn, silikon, kalcium, vanadin och natrium vilket bidrar till slitage på Rosellas bränslesystem och motorkomponenter. För att kunna separera och avlägsna föroreningarna måste tjockoljan förvärmas till en temperatur under vattnets kokpunkt och förhållandena måste ge tillräckliga sedimenteringsmöjligheter för de fasta partiklarna samt vattnet vilket sker i oljeseparatorn med en förvärmning på 98 C i Rosellas maskinsystem. Vidare bör bränslet ha tillbringat en tillräckligt lång tid i settlingtanken för att vid inflödet till Rosellas oljeseparator effektivt kunna separeras och bilda separata gränsskikt gentemot vattnet. I marin dieselolja innehåller inte bränslet i lika stor omfattning föroreningarna av vatten och fasta partiklar vilket underlättar för separeringen. När bränslet passerat oljeseparatorn förvaras den i dagtanken. (Alfa Laval Tumba AB, 2010) Separatorns grunder Stokes lag kan appliceras för att beräkna hur snabbt föroreningarna (partiklar) sjunker ned till botten i exempelvis en settlingtank eller systemoljetank. Vad man bland annat måste ta hänsyn till är vad det är för typ av fluid (bränsle/smörjolja) som partikeln befinner sig i. Allmänt känt är att densitetsskillnader i en blandning bildar olika skikt och om tidsintervallet är för kort eller densitetsskillnaden är för liten leder det till en ofullständig separation av fluiderna. Vad man rent praktiskt bör ha kännedom om är att maskinsystemets förvärmning påverkar densiteten genom att den förvärmda vätskans dynamiska viskositet minskar under temperaturökningen. Eftersom vätskan och partikeln har olika utvidgningskoefficienter är även det en faktor som beaktas i form av densitetsskillnad. Genom att referera till Stokes lag kan man utläsa att sedimenteringen stiger om: Större partiklar avlagras Ökade densitetsskillnader Vätskans dynamiska viskositet minskas Eftersom skolfartyget är utrustat med Alfa Laval RWO 15 ppm l1 x för diesel olja och Alfa Laval l1 x för smörjolja, vilket är så kallat helväggsseparatorer där sedimentet måste avlägsnas manuellt, kommer istället de självtömmande oljeseparatorer som är installerade på Rosellas bränslesystem att presenteras. Efter det att bränslet har genomgått en sedimenteringsprocess kommer bränslet att separeras från vatten, alltså kommer två vätskor av olika densiteter att separeras från varandra. Vidare kommer separationsprocessen att ske vid ett kontinuerligt inflöde av blandningen. Varför bränslet skall separeras från

56 37 vatten kan förklaras genom att det hydrostatiska trycket upprätthåller jämvikt om kulan först fylls med vatten (vattnet är tyngre än bränslet). Således sker det i Rosellas tjockoljeseparatorer att tjockoljan separeras från vattnet och vätskorna skiktas i graden av deras sedimentering samtidigt som föroreningarna (fasta partiklar) avlagras och samlas enligt den förenklade separeringsprocessfiguren i botten. Under den kontinuerliga inmatningen får tjockoljan och vattnet individuella dräneringsutlopp och som den förenklade separeringsprocessfiguren visar så motsvarar höjdnivån i tjockoljan och vattnet deras densitetsskillnader. Om oljeseparatorns gränsyta mellan olja och vatten hålls konstant bestämmer bränslets vistelsetid i oljeseparatorn storleken på de separerbara partiklarna medan specifikationerna på Rosellas oljeseparator bestämmer den minsta partikelstorleken som kan separeras ur bränslet oavsett den tid bränslet vistas i oljeseparatorn Oljeseparatorns anläggning Figur 27 Förenklad separeringsprocess (Alfa Laval Tumba AB, 2010) Tjockoljeseparatorerna på Rosella innehar ett diskarrangemang där separeringen av bränsle, vatten och föroreningar (fasta partiklar) sker i ett flertal diskar utformade som en diskstack. Genom att iaktta de fasta partiklar som följer med bränslet in i oljeseparatorns inlopp, fördelare och sedan diskstack kan vi i diskstacken observera hur centrifugalkraften påverkar de fasta partiklarna utåt mot periferin med en kraft beroende på partiklarnas distans till den roterande axeln samtidigt som flytkraften strävar efter att dra partiklarna inåt. Den resulterande kraften får lättare partiklar att lyftas med flytkraften mot den roterande axeln samtidigt som tunga partiklar rör sig utåt och når den övre diskens nedre kant. Figur 28 Tjockoljeseparator ombord på Viking Lines M/S Rosella

57 38 Figur 29 Diskarrangemang (Alfa Laval Tumba AB, 2010) Det renade bränslet rör sig mot kulans centrum och fortsätter mot oljeutloppet via en nivåring och vattnet lämnar kulan genom vattenutloppet via en regleringsbricka. Regleringsbrickan bestämmer vattenhöjd. Olja rör sig mot kulans centrum och fortsätter mot utloppet via en nivåring. När man väljer regleringsbricka bestäms enligt den förenklade separeringsprocessfiguren utloppshöjden för vattnet och denna ändras utifrån brickdiametern på regleringsbrickan. Om man ändrar regleringsbricka till en med ny diameter medför det alltså att separeringsskikten justeras inom ett förutbestämt område. Om du på en av Rosellas tjockoljeseparatorer monterar på en för stor regleringsbricka kommer vattenutloppshöjden att minska och gränsskiktet förflyttas utåt vilket betyder att det finns risk för att tjockolja följer med i vattenutloppet. Monterar du däremot en för liten regleringsbricka på en av Rosellas tjockoljeseparatorer finns det risk för att få ett ökat vatteninnehåll i den utseparerade tjockoljan. Regleringsbricka väljs utifrån ett specifikt diagram för oljeseparatorn utgående från vätskans densitet, temperatur och flödet i kulan. Trycket som tjockoljan erhåller på grund av centripetalpumpen när den skall lämna oljeseparatorn är tillräcklig för att kunna mata renad tjockolja från oljeseparatorn till Rosellas dagtank. När den rena tjockoljan har nått upp till oljeseparatorns centripetalpumpskammare omvandlar nämligen centripetalpumpen rörelseenergin i tjockoljan till lägesenergi genom att den skär av ett parti av det roterande tjockoljeflödet enligt centripetalpumpsfiguren och pressar upp det mot bränsleavloppet. Tjockoljan blir därmed tillräckligt trycksatt för att med inverkan av centrifugalkrafterna som råder i centripetalpumpskammaren flöda ut ur bränsleutloppet fritt från skum och bubblor. Den motsvarande sensoreringspumpen för vattnet fungerar på samma sätt som tjockoljans centripetalpump med undantag för att vattnets levereringskapacitet och mottryck skiljer sig från tjockoljans. (Westfalia Separator AG, 1988) (Alfa Laval Tumba AB, 2010) Figur 30 Centripetalpump (Westfalia Separator AG, 1988) Oljeseparatorns självrenande process I Rosellas självrenande tjockoljeseparatorer flödar vatten kontinuerligt ut ur separatorns vattenutlopp via regleringsbrickan. Alternativt töms det intervallvis ut ur separatorn genom en tömningsventil där

58 39 tillvägagångssättet beror på vattenackumuleringen i kulan. Tjockoljeseparatorns vattenackumulering i kulan bestäms antingen av vatteninnehållet i den renade tjockoljans bränsleutlopp eller kulans sedimentkammares (sludgekammares) uppmätta flöde. Om vatteninnehållet överstiger någon av sensorernas gränsvärden på Rosellas tjockoljeseparatorer kommer tömningsventilen att öppna kulan tills det att sensorns gränsvärde åter stabiliseras. Den sedimentering (sludge) som är ackumulerad i kulans sedimentkammare (sludgekammare) avlägsnas antingen efter förinställda tidsintervaller eller beroende på dess ackumuleringsnivå. Antingen kan tömningen på Rosellas tjockoljeseparatorer ske fullt ut eller som i form av en deltömning och när vald tömning skall initieras måste först deplacementsvatten fylla kulan samtidigt som ventilen till den inkommande förorenade oljan måste stängas eftersom renad tjockolja annars kan gå förlorad. Utifrån det valda tömningsalternativet kommer kulan att fyllas delvis eller närapå fullt ut med deplacementsvatten. Kontrollvatten införs i tjockoljeseparatorns öppningskammare vilket får kulan att öppnas genom att kontrollvattnet genererar hydrauliska krafter som flyttar på en kolvventil vilket öppnar upp för tömningen av sediment (sludge). De stora centrifugalkrafterna och flödet i tjockoljeseparatorn tömmer ut nästan all sediment (sludge) och när tjockoljeseparatorns kula tömts till den önskade graden flödar kontrollvattnet ut ur tjockoljeseparatorn och kulan försluts på nytt. Från det att förorenad tjockolja åter igen matas in till tjockoljeseparatorn kommer tätningsvatten att införas i tjockoljeseparatorn för att hålla kulan stängd under separeringsprocessen tills det att kulan återigen skall öppnas. 1. Uppstart 2. Deplacementsvatten matas in till kulan 3. Redo för inmatning av förorenad olja 4. Inmatning av förorenad olja 5. Inledande tömningsprocess 6. Påfyllning av deplacementsvatten 7. Tömning 8. Efter tömning Figur 31 Översikt av en självrenande process (Alfa Laval )

59 40 Om någon av Rosellas tjockoljeseparatorer skulle skadas/repas i sedimentkammaren (sludgekammaren) eller diskstacken försvåras självreningsprocessen och den mängd rester som inte följer med ut under tömningen kommer att behöva tas om hand manuellt och en demontering av tjockoljeseparatorn kan bli nödvändig.(alfa Laval ) (Hansheinrich & Bernhardt, 2009) Oljeseparatorns driftsövervakning Det som ofta leder till driftsproblem på en oljeseparator är om en tätning läcker, avvikande öppningstider, avvikande tryck på det inmatade deplacementsvattnet eller ändrade kontrolltider. Eftersom oljeseparatorns kontrollenhet styr separatorkulan med hjälp av kontrollvatten och tätningsvatten gäller det att de tidsinställda magnetventiler som öppnar upp för exempelvis kontrollvatten till oljeseparatorn fungerar problemfritt. Om någon av Rosellas oljeseparatorer skulle få en okänd driftsstörning bör först mängden vatten som magnetventilerna släpper igenom ses över. Om det inte visar sig vara någon störning som är relaterad till kontrollenheten bör därefter en läck-/skadesökning på tätningarna genomföras. Även aspekter som densitetsförändring kan försvåra separeringsprocessen. Om exempelvis ett otillräckligt ångflöde passerar genom tjockoljans förvärmare före oljeseparatorn kommer tjockoljans temperatur in till oljeseparatorn att vara för lågt och en temperatursensor kommer att larma. Ledande oljeseparatorstillverkare har ofta väldigt omfattande felsökningskapitel i sina utgivna manualer med en god pedagogisk struktur. Vid en önskad fördjupning av ämnet hänvisas därför vidare. (Alfa Laval Tumba AB, 2002) (Westfalia Separator AG, 1988) (Balu, Bright Hub Engineering, 2011) Förenklat bränsleschema Figur 32 Förenklat bränsleschema efter oljeseparatorn (ScienceDirect, 2011) Smörjoljans reningsprocess Smörjoljans tar upp föroreningar under sin väg genom systemet. Föroreningarna består bland annat av vatten, förbränningsrester och utnötta materialrester som exempelvis metallpartiklar. På såväl skolfartyget som andra fartyg renas smörjolja i ett sekundärt flöde. Vidare bör nämnas att smörjoljan på skolfartygets värms upp till en förvärmningstemperatur på 90 C innan den når smörjoljeseparatorn. (Kuiken, 2008)

60 Kylsystem Grundprinciper Kylsystemets huvuduppgift är att transportera bort spillvärme från olika komponenter ombord på fartyget men används även till att transportera värmeenergi som fortfarande kan utnyttjas ombord (färskvattenproduktionen). Det finns två typer av kylning: direkt och indirekt kylning. Vid kylning med sjövatten används direktkylning vilket förekommer på såväl skolfartyget som Rosella. Skolfartyget har två stycken pluggar i botten vilket fungerar som fartygets sjökistor. Från sjökistorna som är placerade på vardera sida om fartyget går det ett sammankopplat rör vilket fungerar som sjövattenpumpens sugledning. På skolfartyget suger sjövattenpumpen (som drivs av huvudmotorn) in kylvattnet och leder det via laddluftskylaren och vidare till värmeväxlaren. Färskvattenpumpen är även den en påhängspump till huvudmotorn och cirkulerar färskvatten genom huvudmotorns slutna kylsystem Centralkylsystem Vid indirekt kylning används färskvatten som ett mellanmedium och upplägget gör att sjövattensledningarna begränsas vilket minskar korrosion och saltasättningar i systemet. Därför har den indirekta kylningen varit att föredra vid nybyggen. När all utrustning kyls med färskvatten anordnas så kallade centralkylsystem. Sjövattnet passerar genom centralkylarna och vidare överbord medan färskvattnet som passerar genom centralkylarna tillhör kylsystemets lågtemperaturskrets. Ett fartyg som använder sig av centralkylsystem är exempelvis HS Livingstone (IMO: ) där sjövattnet pumpas ombord genom den hög- eller lågt placerade sjökistan. (Den högt placerade sjökistan används vid grundare vatten för att undvika intagandet av sediment medan den lågt placerade sjökistan används till sjöss för att minska risken att dra in luft och förlora sugtryck vid en eventuell sjögång). Kylsystemets lågtemperaturkrets reglerar färskvattenflödet genom centralkylarna med hjälp av blandningsventiler som är styrda till att hålla temperaturen efter centralkylarna konstant. Lågtemperaturskretsen på HS Livingstone kyler diverse hjälputrustning och vidare finns det även en högtemperaturskrets som pumpar färskvatten genom huvudmotor, hjälpmotorer samt vidare till fartygets färskvattensgenerator. Majoriteten av det färskvatten som passerar högtemperaturskretsen leds tillbaka till centralkylarna och det färskvatten som släpps in i högtemperaturskretsen fastställs av en temperaturregleringsventil som blandar färskvatten från lågtemperaturskretsen med det uppvärmda färskvattnet som passerat huvudmotorn. Figur 33 Styrbord sjökista ombord på skolfartyget Figur 34 Centralkylare ombord på HS Livingstone Utöver det att föroreningar från sjövattnet når centralkylarna fungerar kylsystemet utan några större störningar. Variationer i temperaturen kan dock uppträda om exempelvis belastningen på huvudmotorn snabbt ändras vilket kan innebära en för liten mängd värmeenergi till färskvattensgeneratorn, ett annat exempel är om pumpens hjul får slitningar och trycket ändras vilket också då kommer att påverka temperaturen. (Kuiken, 2008)(Andersson, 2008)

61 Ballast- och tömningssystemet Fartygets stabilitet Ballassystemet kan se väldigt olika ut på olika sorters fartyg men grundprincipen är alltid den samma: fylla, tömma och förflytta vatten från en tank till en annan för att tillhandahålla en god stabilitet för fartyget. Skolfartyget har inget riktigt ballastsystem utan pumpar istället bränsle och smörjolja mellan olika förrådstankar för att tillhandahållen en god stabilitet. Alla ventiler sköts således manuellt medans det på större fartyg ofta är hydrauliskt styrda slussventiler. Det finns ett antal tillvägagångssätt för att sköta ballastsystemet: Överför ballastvatten mellan tankar med hjälp av gravitation Ballasta eller töm tankar från sjön med hjälp av gravitation Ballasta eller töm tankar med hjälp av ballastpumpar Töm tankar med hjälp av ejektor (Observera att det är rekommenderat att fylla dubbelbottentankar med hjälp av gravitationen). Ett fartyg ballastas när det lossar den värdefulla last som fraktats för att inte djupgåendet skall ändras alltför mycket vilket skulle kunna äventyra fartygets stabilitet. När fartyget vid ett senare tillfälle lastas med ny värdefull last kan ballasttankarna återigen tömmas enligt nedanstående. Figur 35 Ballastprocedur (Wankhede, Marine Insight, 2009) Ballastsystemet kan ha egna sjökistor och när ballastpumpen fyller tankarna bör strömparometern på pumpens motor bevakas vid risk för överbelastning. Vid ett eventuellt överbelastningsalarm bör antalet ballasttankar som fylls minska. Vidare bör nämnas att diverse hamnar kan fråga efter prover på fartygets ballastvatten. Proverna tas ur provrör från ballastsystemet och görs för att kontrollera att ballastvattnet är renat och inte stör det naturliga ekosystemet. (Wankhede, Marine Insight, 2009)

62 Länssystemet På grund av ofrånkomliga läckage kommer länsvatten att samlas i kölen. Därför är länsbrunnar strategiskt placerade runt om i maskinrummet och lastrum. Länsvattnet är en blandning av olika typer av olja, kemikalier, rengöringsmedel, sot, avflagnad färg, damm, färskvatten med mera och innan det kan pumpas överbord måste det passera en länsvattenseparator där oljan separeras från länsvattnet. Marpol har fastslagit att ett oljeinnehåll på maximalt femton gram per tusen liter länsvatten är tillåtet att pumpa överbord (15 ppm) och en ventil stänger automatiskt överbordspumpningen om detta värde överskrids. Nästan alla länsvattenseparatorer består av två sektioner och använder sig av gravitationen för att åtskilja oljan från vattnet. I den första sektionen förs länsvattnet in i länsvattensseparatorn och oljan som är lättare än vattnet flyter upp genom filtreringen till ytan och avleds till sludgetanken. I den andra sektionen förs vattnet vidare genom ett plattpaket där medföljande olja fastnar på plattornas undersidor och långsamt förs utåt för att stiga mot ytan. Figur 36 Länsvattenseparator (Seco Inc, 2009) Eftersom fartyget och dess befäl kan straffas om länsvattenseparatorn används felaktigt finns det alltid en manual placerad i närheten av länsvattenseparatorn för att säkerhetsställa skötseln och nedanstående punkter bör följas vid drifttagandet: Den manuella överbordsventilen låses upp samt systemets övriga ventiler öppnas Öppna upp berörd bilgetanks ventil Öppna upp luft för magnetventilerna Slå på ström för kontrollpanel och oljeövervakning, uppvärmning av länsvattensinloppet minskar viskositeten Fyll länsvattensseparatorn före användning med färsk- /sjövatten och se till att alla luftfickor tagits bort Starta länsvattenseparatorns pump, vilken kommer att mata länsvatten till länsvattenseparatorn Iaktta oljeövervakningens ppm värde och pejla kontinuerligt nivån på berörd bilgetank samt sludgetanken Håll ett öga på vattnet som forsar övebord från fartygssidan Vid avstängning: Slå av strömmen och stäng och lås överbordventilen, nycklarna lämnas åter till maskinchefen Anteckningar utförs i oljedagboken

63 44 När pumpningen överbord är avklarad genomspolas länsvattenseparatorn med färsk- /sjövatten i åtminstone tio minuter för att undvika att kolväten sönderdelas ur länsvattenseparatorns oljeblandning. Därefter öppnas dräneringsventilen manuellt och oljan töms ut ur länsvattenseparatorn. Oljeövervakningen spolas med färskvatten och rengörs. Slutligen stängs berörda ventiler Viktiga parametrar Vid drifttagande av länsvattenseparatorn finns det en rad faktorer som kommer till att påverka processen. En emulsion är en blandning av vätskor som normalt inte blandar sig lätt vilken framställs i länsvattenseparatorn genom att oljan slås sönder till små droppar och flyter omkring fritt i det omslutande vattnet. Genom att upprätthålla ett gott gränsskikt mellan olja och vatten undviks emulsionen, därför är det till fördel att veta vad länsvattnet som förs in i länsvattenseparatorn består av. Nedanstående är exempel som påverkar gränsskiktets tillstånd och resulterar till bildning av emulsionen: o o o o Omröring: exempelvis vid sjögång Kemikalier: modifierar ytspänningen (exempelvis alkaliska kemikalier för pannrengöring) Suspenserande ämnen: beläggs med olja och mest besvärande är de partiklar som svävar i vattnet och håller en neutral flytkraft, vidare genererar de också höga ppm alarm (exempelvis lera eller lastrester transporterat av fläktarna) Fasta partiklar: många fasta partiklar (exempelvis rost) lägger sig ofta i botten på bilgetanken men fina sotpartiklar kan ofta lura ppm mätaren, vidare fungerar de även som emulgeringsmedel Ibland används emulsionsbrytande medel för att bättra på gränsskiktet i länsvattenseparatorn, vilket skall användas enligt tillverkares direktiv då överskriden mängd kan förvärra problemet. Många kemikalier som används i maskinrummet för exempelvis korrosionsskydd eller avfettning bör inte bekymmerslöst få hamna i kölsvinet då ph värden på över 10 och under 4 kan orsaka emulgering. Även tvättmedel för rengöring av exempelvis skott kan orsaka emulsion av olja i vatten. Se till att så lite olja som möjligt når länsbrunnarna och om oljemängden överstiger vattenmängden bör det istället läggas i en separat tank eftersom länsvattenseparatorn inte fungerar som en oljeseparator Stormlänsning Om ett fartyg börjar ta in vatten i maskinrummet och länsbrunnarna snabbt börjar fyllas skulle axelgeneratorn vara det första som skadades tillsammans med diverse pumpar i de nedre sektionerna. För att undvika detta krävs det att länsvattnet snabbt kan pumpas överbord vilket kallas stormlänsning. Länsbrunnarna kopplas då direkt till någon av fartygets större pumpar som ballast- eller sjövattenspumpen för att pumpas direkt överbord där nödlänsventilen är en rödfärgad backventil. (Raunekk, Bright Hub Engineering, 2009) (Sanguri, Marine Insight, 2013) 3.4 Ventilationssystemet Ventilationssystemet i fartygets maskinrum tvingar ner luften med hjälp av fläktar drivna av elmotorer (ofta trefas). Anledningen till att använda sig av elmotorer med trefas är för att de kan rotera medurs eller moturs genom att två faser ändras. Eftersom motorer, ångpannor, pumpar med mera hela tiden avger värme stiger temperaturen i maskinrummet och luften måste ersättas med kyligare luft utifrån. Förutom att ta bort överskottsvärme och bättra på arbetsklimatet skall ventilationssystemet vara utformat så att tillräckliga mängder förbränningsluft tillförs till maskinrummets olika komponenter, såsom huvud- och hjälpmotorer. (Ahmed, 2011)

64 Uppvärmningssystemet för bostadsutrymmena På skolfartyget värms hytterna upp av ett vattenburet tvårörssystem med tillhörande cirkulationspump, reglerventiler och värmeelement där hur mycket vatten som passerar värmeelementet eller går till förbiledningen bestäms av värmelementens ventiler. Ett annat exempel på hyttuppvärmning är på fartyg med ångsystem där kan istället ångan värma upp luft som cirkulerar runt mellan hytter för att sedan återvända till luftvärmaren. Temperaturen kan regleras från flera instrument, placerade i hytterna eller på luftvärmarens varmluftsutlopp. (Scott, 2011) Figur 37 Uppvärmning med ånga (Scott, 2011) 3.6 Elsystemet Grunder i ellära Eftersom kapitlet Hjälpmaskineriets konstruktion och funktion till viss del berör växelströmsanläggningar kompletteras kapitlet här med ett fåtal tillägg. (För ytterligare information hänvisas vidare). Den mest grundläggande principen för elektrisk laddning kan beskrivas genom att ett ämne har ett övereller underskott av elektroner. När två ämnen med laddningsskillnad kopplas samman och arbetar tillsammans rör sig elektroner mellan över- och underskottspolerna vilket kallas ström. Laddningsskillnaden definieras som spänning. Spänning mäts i enheten volt som förkortas V och ström mäts i enheten ampere som förkortas A. Det finns två typer av spänning, växelspänning/växelström där växelspänningen ständigt ändrar polaritet vilket får strömmen att ständigt byta riktning och frekvensen som förkortas Hz (Hertz) anger antalet gånger per sekund polariteten ändras. Den andra typen av spänning är likspänning med likström och innebär att det finns en fast plus- och minuspol. Exempel på detta är batterier. När strömmen används för att driva något (exempelvis en fläkt) dyker det upp ett motstånd. Motståndet begränsar strömflödet och kallas resistans, som mäts i ohm vilket förkortas Ω. Energin beskriver förmågan att utföra arbete och mäts i Joule som förkortas J (elektrisk energi kan exempelvis vara att få fläkten att snurra). Effekt i sin tur kan beskrivas som i vilken takt energin används (omvandlas) och mäts i watt med förkortningen W Effekt i trefassystem På fartyg är det vanligare med växelströms- istället för likströmsinstallation eftersom man med växelströmmen lätt kan ändra på spänningen med hjälp av transformatorer. Tre typer av effekt förekommer i växelspänning: skenbar effekt som mäts i Voltampere och förkortas VA, aktiv effekt som har enheten Watt samt reaktiv effekt som mäts i voltampere reaktiv och förkortas VAR. Den reaktiva effekten blir inte till nyttigt arbete i en apparat utan uppstår i induktiva och kapacitiva laster. Exempel på induktiv last är lysrörsarmatur och motorer. Användning av induktiv last leder till fasförskjutning. Den skenbara effekten är den verkliga effekten som en apparat drar från elnätet (all tillförd effekt blir inte till arbete på grund av exempelvis värmeförluster). Den aktiva effekten blir till nyttigt arbete i en apparat. Figur 38 De olika effekterna i ett trefassystem

65 46 Effektfaktorn, cosφ är förhållandet mellan den aktiva- och skenbara effekten. Ligger spänning och ström med 40⁰ förhållande blir effektfaktorn cos(40⁰) 0,77 och effektfaktorn skall alltid ligga så nära 1 som möjligt Förenklat schema över distributionsnätet Ett större fartyg med flera komponenter ger ett mer komplicerat system och som visas byggs nät upp som är separat isolerade med hjälp av transformatorer vilket begränsar antalet jordfel. Genom mätinstrument på eltavlorna kontrolleras bland annat spänning och ström. Amperemätare för varje generator mäter uttagen strömstyrka och då strömuttaget blir för högt måste ytterligare en generator startas och kopplas in parallellt med dem som är i drift. (Kjell & Company Elektronik AB, 2013) (Balu, Bright Hub Engineering, 2010) Felsökning i ett elsystem Söka jordfel Figur 39 Förenklat schema över distributionsnätet (Balu, Bright Hub Engineering, 2010) De flesta elsystem ombord på fartyg byggs som isolerade system vilket gör att driftavbrott sker först när jordfel uppstått på två olika faser. Varje galvaniskt åtskilt (via transformatorer) system har därför en egen jordfelsmätare som kontinuerligt detekterar för enfasiga jordfel och finns placerad på berörd eltavla. Ett jordfel innebär att en strömöverledning uppstått från fasledare till skrovet (exempelvis på grund av saltvattenlagring eller damm) vilket ger en minskad resistans mellan berörd fas och skrov. Jordfelsmätaren mäter upp isolationsresistansen och vid jordfel indikeras en lägre resistans från mätaren. Att söka jordfel är lämpligast när fartyget ligger vid kaj eller till ankars och innebär att man först skall söka upp berörd krets genom att slå ur berörd undercentrals brytare, vilket får isolationsresistansen att öka. När rätt matning hittats slås därefter undercentralens brytare in igen. På berörd undercentral slås därefter undercentralens dvärgbrytare ur en i taget tills det att jordfelet försvinner. Därefter kan jordfelet repareras/tas bort. (Balasubramanian, 2011)

66 Automations- och övervakningssystemet Fjärravläsning av maskinrummets viktigaste driftsdata, inkoppling av alarm vid avvikande driftstillstånd samt automatiskt stopp vid allvarligare avvikelse är vad övervakningssystemet omfattas av. Automatisering innebär att en maskin eller teknik tillåts utföra arbetet och exempel har vi från bland annat bryggans kontroll av huvudmaskin, pannautomation och generatorautomation varav de två sistnämnda berörts i respektive kapitel. 3.8 Brandsläckningssystemet Risker Eld är en förbränningsprocess som sker under utveckling av ljus och värme. När den är lös kallas det för brand. I de flesta fall tvingas fartygets besättning att på egen hand bekämpa eventuella bränder och det är främst när fartyget inte är ute på sjöresa som det kan få assistans från landsidan. Ett fartygs maskinrum innehar utöver en mängd maskiner bland annat uppvärmda tankar med smörjolja, bränsle, kemikalier osv. Ett vanligt lastfartyg konsumerar runt 40 ton bränsle om dagen vilket innebär att samma kvantitet pumpas från dubbelbottentankarna och genom bränslesystemet med höga tryck där temperaturer kan nå mellan 120 till 150 C. Utöver bränslesystem är även ångpanna samt incinerator exempel på komponenter som kan förorsaka brand om de inte underhålls tillräckligt, vid vibrationsskador eller om de får störningar i automationen. Därtill kompliceras fartygsbränder genom att skrovet och överbyggnaden består av goda värmeledare (stål eller aluminium) och brandgaser enkelt sprids via ventilationstrummor och genom fartygets olika gångar. Flera utrymmen i fartyg kan vara problematiska att försöka släcka. Särskilt mellan och under däcken kan heta brandgaser lätt samlas vilket utmynnar i explosionsrisker. Vidare bildas det lätt fria vätskeytor i fartyget om en stor mängd vatten används till släckningen vilket kan innebära stabilitetsproblem. Förbränningen blir ofta ofullständig vid en brand eftersom det i allmänhet råder syrebrist. Därav bildas det stora mängder koldioxid som tränger undan syret och är den vanligaste dödsorsaken vid en brand. (Sanguri, Bright Hub Engineering, 2010) (Viking Line, 2012) Åtgärder vid upptäckt brand Det beror ofta på omständigheterna hur man ska agera eftersom varje brand är inte den andra lik men grundregeln återstår: Varna den som är hotad av branden Rädda den som är i direkt livsfara men ta inte för stora risker Larma genom att trycka in larmknappen som är lokaliserad i inredningen och ute på däcken Begränsa syretillförseln genom att stänga öppningar och dörrar till brandområdet Släck branden om det är möjligt men ta inte för stora risker (Högskolan på Åland, 2006) Brandsektioner Ombord på skolfartyget är brandövervakningspanelen placerad på bryggan och fartyget är indelat i fem stycken brandsektioner där brandadresseringen inte är desto mer specificerad.

67 48 Figur 40 Brandövervakningspanel ombord på skolfartyget Sektionerna omfattar huvuddäck, maskinrum, bryggdäck, däck 1 och tanktop. Vid ett brandalarm skall reset knappen pressas ned och däcksvakten skickas till aktuell brandsektion för att kontrollera om det är någon rökutveckling. Vid ett falskalarm pressas knappen disconnect ned för återställning. Knappen disconnect kan även användas för att koppla ur en sektion (knappen Fault används vid felalarm). På Rosella är fartyget långskepps indelat i tre stycken huvudbrandzoner. Bildäcket bildar en horisontal brandzon och huvudbrandskotten (rödmarkerade enligt brandkontrollplansfiguren) är isolerade stålskott som skall stå emot hetta och rök i minst 60 minuter. Denna brandisolering kategoriseras som A(60). Figur 41 Huvudbrandzoner på Viking Lines M/S Rosella (Viking Line, 2012) De olika utrymmena är sektionerade utgående från brandrisksbedömningar där vikten av utrymmets betydelse beaktas vid en eventuell brand, exempelvis trapphus eller kommandobrygga. (Högskolan på Åland, 2006) (Viking Line, 2012) Brandbekämpning På skolfartyget är en säkerhetsplan placerad på huvuddäckets babordssida. Inte långt därifrån finns även ett skåp med fjärrmanöver för avstängning av motorernas bränsletillförsel. Fartygets reservbrandpump kan startas från mittkonsolen på bryggan, eltavlan i akterkant på maskinrummet eller från huvuddäck i lejdargången till maskinrummet. Notera att huvudbrandpumpen redan beskrivits i kylsystemskapitlet. Vidare finns det ett antal brandspjäll som skall stängas enligt uppgifterna i alarmlistan. Utöver handbrandsläckare finns det åtta brandskåp med slangar och dimmunstycken strategiskt utplacerade runt om skolfartyget. Därtill är ett sprinklerrör draget till målförrådet. På Rosella finns utöver handbrandsläckare och slangar med munstycken även sprinkler-, Hi-Fog, CO 2 - och skumsystem. När det kommer till brandalarmsystem är både skolfartyget och Rosella utrustade med utplacerade manuella alarmknappar samt detektorer. (Högskolan på Åland, 2006)(Viking Line, 2012)

68 49 4. Maskinvakthållning 4.1 Utförande av uppgifter som hör till maskinvakten Uppgifter som hör till maskinvakten kan vara exempelvis reparationer på fartygsutrustningen, övervakning av fartygsmaskiner under drift, renhållning av olika utrymmen och bunkring av bränsle. Eftersom bunkringsprocessen är en av de mer kritiska uppgifterna maskinvakten kan bli tilldelad kommer den här att presenteras kortfattat. Före en bunkring fastslår fartygets tekniska chef tillsammans med kontoret hur mycket och vad som behöver bunkras. Vissa tankar kan behöva tömmas och vätskan kan behöva transporteras från en tank till en annan för att förhindra att vätskan blandas med den bunkrade vätskan. Därefter ingår följande: Nivåmätning av tanken som skall fyllas Försäkra att kommunikationen mellan maskinrummet och fartygets bunkerstation fungerar När pråmen är säkrad intill fartyget inleds kommunikationen med pråmen och pråmens slang kopplas till bunkerstationens grenrör Berörda ventiler öppnas och kontrolleras När bunkringen påbörjas är pumpningshastigheten relativt låg för att kontrollera om vätskan kommer till rätt tank, därefter ökar pumpningshastigheten När tanken nästan är helt fylld berättas detta för pråmen som då sänker pumpningshastigheten för att fylla upp den sista delen av tanken När bunkringen är avslutad och de administrativa uppgifterna är uppklarade kan slangen kopplas ur grenröret. (Observera att fyra stycken bunkerprover sker under bunkringen). Säkerhets- och övriga maskinvaktrundor Utöver att vaktrapporten till maskinkladden måste fyllas i på skolfartyget finns även kontrollistor för start och stopp av huvudmotorn samt en checklista angående säkerhetsinformation som skall genomgås av alla nya ombord före avsegling. Nödvändiga anteckningar i maskinkladden För att bevaka komponenternas olika temperaturer, tryck, flöden med mera i ett maskinrum registreras diverse mätvärden dagligen. Maskinrummets kommunikationsutrustning Vanlig telefon, telefon vid strömavbrott samt maskintelegraf. Pejling av tankar och behållare På skolfartyget mäts diverse tanknivåer av ett så kallat bubblingssystem där luft blåses genom ett rör med öppning under tankens vätskeyta för att känna av mottrycket i tanken (trycket vid rörutloppet är proportionellt mot vätskans nivå (och densitet). (Siemens, 2012) (Kaushik, Marine Insight, 2010) Figur 42 Bubblingssystemet ombord på skolfartyget (Siemens, 2012)

69 50 5. Service och underhåll Det finns tre typer av underhåll: Förebyggande/planerat underhåll vilket är känt som PMS (Planned Maintenance System) där underhåll utförs efter en bestämd driftstid eller kalendertid oavsett komponentens skick Laga ett oförutsett haveri Regelbunden kontroll av komponenten med hjälp av exempelvis sensorer där underhåll sker när det anses lämpligt 6. Åtgärder vid nödsituation 6.1 Ge larm i olika nödsituationer Hänvisas vidare till den alarminstruktion som är uppsatt i samtliga hytter ombord på praktikfartyget. 7. Åtgärder för att undsätta en person i nöd 7.1 Ge larm vid upptäckande av en nödsignal till havs Det finns flera typer av nödsignaler till havs, exempelvis röksignal som avger orangefärgad rök, handbloss som visar rött sken eller knallsignaler avlossade med mellantider omkring 1 minut. Vid upptäckande av en nödsignal skall det förmedlas vidare. 7.2 Undsätta en person i nöd till havs Vid man överbord bör du alltid hålla ögonkontakt med människan i vattnet, signalera för man överbord och tydligt peka med armen mot den plats olyckan inträffat. Fastställ positionen och försök markera platsen med exempelvis en livboj. Det största hotet när någon faller överbord är tiden. Man brukar räkna med ungefär tio minuter i tiogradigt vatten för en van simmare innan personen blir såpass nedkyld att han/hon inte mäktar med att simma längre. När den nödställde nås kastas en lina eller livboj ut för att sedan försöka få upp den nödställde ombord på fartyget. Om personen i fråga inte hittas snabbt bör sjöräddning larmas. (Sjöräddningssällskapet) 8. Fartygets brandbekämpning 8.1 Nödsignaler och nödutgångar på däck, i maskinrummet och bostadsutrymmena För att ta Rosella som exempel finns där för varje utrymme minst två utrymningsvägar där utrymningsvägen går från varje utrymme till en uppsamlingsstation. Utrymningsvägarna är uppmärkta med självlysande pilar och symboler samt EXIT-skyltar och på hyttavdelningarna finns det lokaliseringsskyltar som visar var man befinner sig. Skulle fartyget vara utan elektricitet lyses utrymningsvägen upp av lågnivå- och nödbelysning. Vidare får utrymningsvägarna aldrig blockeras av lös utrustning och dörrar får aldrig låsas i utrymningsvägens riktning. För att underlätta när man tar sig fram genom utrymningsvägarna om fartyget kränger är vägarna försedda med ledstänger och för att fly ur rökfyllda områden är flyktmasker (med luftbehållare) placerade runt om i fartyget. (Viking Line, 2012)

70 Samlingsstationer vid brandalarmssituation Som påmönstrad har du fått ett skeppsnummer samt en viss placering vid brandstationer. Därför bör du då snarast efter påmönstringen ta reda på din uppgift vid en eventuell brand ombord. 8.3 Fartygets brandsläckningsutrustnings placering Eftersom uppdateringar sker kontinuerligt hänvisas intresserade först och främst till skolfartygets säkerhetsplan. Däremot kommer en kort genomgång av Rosellas fasta brandsläckningsutrustning att följas upp. Sprinklersystemet Sprinklercentralen är belägen akterut på däck 3B (centercasingen) vilket är ett brandskyddat rum för brandbekämpningen. Från det här rummet kan man styra sprinklersystem för bildäck, bränsletillförsel till maskinerna, ventilation, brandpumpar med mera. (Angående sprinklersystemet för bildäck handlar det om ett lågtrycks vattensprinklersystem). CO2 CO 2 släckningen finns i maskinrummet, skorsten och vid köksspisars och grillars utsug. CO 2 gasen kväver elden och utlöses manuellt från CO 2 rummet om det rör maskinavdelningen, när det kommer till köket utlöses det från kökets CO 2 station. Hi-Fog (vattendimma) Sprinklermunstycket består av en ventil som hålls stängd med hjälp av en glasampull som vid hög temperatur spricker och släpper på vatten till munstycket. När vatten har börjat flöda genom munstycket indikeras flödet av områdets sektionsventil och Hi-Fog pumparna startas och ger ett vattentryck på 140 bar. Vattnet som kommer ut ur munstycket är finfördelat och släckningssystemet finns över hela fartyget förutom bildäcket. På Rosella finns det tio stycken sektionsventiler vilket innebär att fartyget således är indelat i tio stycken Hi- Fog sektioner. När vattenflödet ökar genom sektionsventilen ger detta alarm till en alarmpanel på bryggan och i kontrollrummet där det visar vilken sektionsventil som ger alarm. Därefter sker en manuell uppsökning av det utlösta munstycket. Vid ett brandtillbud ger också brandalarmgivaren direkt adress till vilken hytt det brinner. (Viking Line, 2012) Figur 43 Hi fog sektionsventiler till vänster i figuren och till höger visas alarmpanelen på bryggan

71 52 9. Användande av livräddningsutrustningen 9.1 Placering av livbåtar och flotte Som tidigare nämnts i kapitlet Fartygets brandbekämpning har du som påmönstrad fått ett skeppsnummer vilket också berättar vilken livbåt du tillhör samt din placering i livbåten. 9.2 Placering av EPIRB och SART EPIRB (Emergency Position-Indicating Radio Beacon) är en positionsangivande nödradio-sändare och SART (search and rescue transponder) är en radartransponder. De är båda placerade kring bryggan. För vidare information om antal eller placering hänvisas till SOLAS. 9.3 Placeringen av pyrotekniska nödsignaler Pyrotekniska nödsignaler skall tydligt vara placerade på bryggan. 9.4 Göra båten klar för sjösättning När någon av Rosellas livbåtar är uppe och fastsatt hålls denna på plats med hjälp av surrningsvajrar och båtens tyngd vilar på de utlöpare som finns upptill på dävertarna. Figur 44 Placering av surrningsvajrarna på Viking Lines M/S Rosella (Viking Line, 2012) Vid en nedfirning frigörs surrningsvajrarna och lejdaren sätts ut. Kontrollera att elkabeln för laddningen av batterierna inte sitter i och kontrollera att inridarvajrarna är ordentligt fastsatta. Därefter lyftes handbromsens hävstång vilket får dävert och båt att röra sig nedåt vilket bör ske lugnt och stadigt. När däverten når stopparna på däck börjar båten, dragen av inridarvajrarna, firas ned från dävertarmarna och vända sig mot utsidan. Båten skall firas jämt och försiktigt tills inridarvajrarna har halat in den mot utsidan. (Firningen skall avslutas innan båtens tyngd överförts på inridarvajrarna eftersom de enbart är konstruerade för att dra in båten och inte hålla uppe den). När båten är nedfirad och inhalad i nivå med relingen fästes stödtaljorna och spänns åt. När detta är gjort kan inridarvajrarna frigöras varvid båten hålls mot utsidan enbart med hjälp av stödtaljorna. Figur 45 Nedfirning av livbåt (Viking Line, 2012)