Günlük mücadele – Katalizör tanecikleri ve motor yıpranması, 1. Kısım

2020'nin başında yürürlüğe girecek olan yeni düzenleme rejimi dünyadaki deniz yakıtlarının çeşitliliğine ve bulunabilirliğine kapsamlı değişiklikler getirecektir Gemi operatörleri için motorları güvenilir ve güvenli şekilde çalıştırmak kaçınılmaz olarak günümüze göre daha karmaşık olacak yakıt kullanımı stratejilerinin daha iyi anlaşılmasını gerektirecektir. Yaklaşan mücadelenin şu an için bile doğru olarak tahmin edilebilmesi imkansız. Bununla birlikte gemi operatörlerinin sorunları önlemedeki başarısı büyük ölçüde önümüzdeki aylarda gerçekleştirecekleri eylemlerden kaynaklanacaktır.

Fuels in flux

1 Ocak 2020'de küresel taşımacılık sektörü, MARPOL 73/78 anlaşmalarından sonra en büyük düzenleme değişikliği ve sektörün şimdiye kadar karşılaştığı en büyük operasyonel değişikliklerden biri olacak olan düşük sülfür çağına girecek. Bu tarihten itibaren, tüm deniz taşımacılığının Uluslararası Denizcilik Örgütü'nün (IMO) yakıtlardaki sülfüre ilişkin sıkı yüzde 0,50 (kütle/kütle) sınırına uyması gerekecek.

Yüzde 0,50 sınırı 2012'de belirlenen ve günümüzde geçerli olan yüzde 3,50 sınırının oldukça altında ve Emisyon Kontrol Alanlarındaki (ECA) yüzde 0,10 sınırına ek olarak geliyor. IMO'nun yeni sınırı çevre ve insan sağlığı açısından haklı olarak bir zafer olarak tanımlamasına karşın taşımacılık sektörü için bu sınır büyük bir zorluk olarak şekilleniyor. Çünkü maalesef çevresel bir tehlikenin ortadan kaldırılması katalizör tanecikleri olarak adlandırılan ve yakalanmadığı takdirde motorlara zarar verebilecek küçük parçacıklardan kaynaklanan mekanik bir tehlikeyi ortaya çıkarıyor.

Denizcilik yakıtı asla bir kişinin çekici bir madde olarak tanımlayabileceği bir şey olmadı. Rafineriler damıtma işlemine ham petrolden başlar ve damıtma kolonundan yüksek değerli ürünler çıkarır. Bu ürünler benzinden başlar uçak yakıtına ve dizel yakıta ardından yağlama yağlarına kadar gider. Sonunda kalan yapışkan ve siyah kalıntı gemilere enerji sağlamak ve zift üretmek için kullanılır. Bu güzel değil belki ama tam anlamıyla modern dünyayı yaratmaya yardımcı oldu.

Sülfür problemi

Motorlar fosil yakıtları yaktığında sülfür oksit (SOx) salınımı olur ve bu salınım atmosfere karışarak insan ve hayvanlarda solumun hastalığı ve toprak ve suyun asitleşmesi gibi bir dizi sağlık ve çevre sorununa katkıda bulunur.

Sülfür doğal olarak ham petrolde bulunur ve damıtma işleminin en yüksek kaynama kalıntısı fraksiyonlarında yüksek konsantrasyonda bulunur. Bu 2020'den başlayarak yakıt üretiminin sülfürle daha iyi başa çıkmak üzere değişmesi gerekeceği ve gemi operatörlerinin her zamankinden daha karmaşık yakıt seçenekleriyle karşı karşıya kalacakları anlamına gelmektedir.

Likit doğal gaz (LNG) kullanan gemiler uyum sorunu yaşamayacak ancak LNG kullanılan gemi sayısı küresel filonun küçük bir kısmını oluşturuyor ve yüksek yatırım maliyetleri ve altyapı sağlamadaki eksiklikler nedeniyle on yıllar boyunca da bu şekilde kalması bekleniyor. Bunlar dışındaki çok sayıda gemi yüksek sülfürlü akaryakıt (HSFO) kullanmaya devam edecek ve egzoz gazlarının uygun seviyeye temizlenmesi konusunda temizleyici teknolojisine güvenecek. Ancak filonun büyük kısmı için 2020 ve sonrası sayısı artan düşük sülfürlü damıtılmış ürünler, karışımlar ve daha düşük ölçüde bitkisel yağlardan üretilen yeni yakıtlar arasından seçim yapmak anlamına geliyor.

2020 her şeyi değiştiriyor

Her yeni yakıt türü dikkate alınması gereken bir dizi operasyonel ve ekonomik değişkeni beraberinde getirecektir. Tüm bu değişkenleri araştırmak ayrı bir makale konusu olmakla birlikte viskozite, yağlama ve sıcaklıktaki değişikliklerin motorların, pompaların ve diğer ekipmanların güvenli ve güvenilir bir şekilde çalışması açısından önemli etkileri olduğuna dikkat çekmek gerekir.

Katalizör taneciklerine genel bakış

Düşük sülfür çağında yer alan tüm değişkenlerin dışında muhtemelen potansiyel olarak en çok zarar veren unsur katalizör tanecikleridir. Katalizör tanecikleri denizcilik açısından uzun süredir bilinen ancak yönetilebilir bir yaşam gerçeği olmasının yanında yaklaşmakta olan düşük sülfür çağı gemilerin motorları ve operatörlerin bütçeleri için büyüyen bir risk faktörü olarak yeni bir bakış açısı getirecektir.

Nedir bunlar?

Katalizör tanecikleri nasıl oluşur?

Modern rafineriler damıtma sütununun en üst kısmından en uçucu ve yüksek değerli ürünleri çıkarmak için öncelikle atmosferik ve vakum damıtma yöntemini kullanmaktadır. Daha sonra, kalan ham petrolü, termal ve katalitik işlemler kullanarak çeşitli fraksiyonlarına "kırarlar". Katalitik kırma işleminde, arıtıcı petrol moleküllerini kırmak için fiziksel katalizörler ekler.

Kullanılan katalizörler son derece geçirgen ve aşırı sert alüminyum ve silikonların mineral bileşikleri olan çeşitli sentetik kristal zeolit formlarıdır.

Katalizörler pahalıdır ve rafineriler bunları mümkün olduğu kadar geri kazanıp yeniden kullanır. Ancak belirli bir noktadan sonra bu durum rafineri için pratik veya ekonomik bir yaklaşım olmaktan çıkar. Katalizör tanecikleri arkada bırakılan partiküllerdir. Yakıt bölmesi yakıtında kalırlar. Ve gemilerinize pompalanırlar.

Yakıt standartları oluşturma

Deniz yakıtı spesifikasyonları, yakıt bölmesi yakıtında bulunan katalizör taneciğini sınırlandıran uluslararası ISO 8217 standardı tarafından belirlenir. Geçerli standart versiyonu kapsamında üretilen yakıt milyonda 60 kısım (ppm) ile sınırlandırılır. Bu sınır esasen bir uzlaşmadır; daha düşük değer belirlenmesi durumunda küresel yakıt bölmesi petrolü tedariki sağlanamaz duruma gelebilirdi. Ancak 60 ppm değerinde bile katalizör tanecikleri motorlar için büyük bir sorun olmaktadır; MAN ve Wärtsilä gibi üreticiler motorlara giren yakıtın 15 ppm veya daha düşük katalizör taneciği konsantrasyonlarına sahip olmasını önermektedir.

Katalizör taneciklerinin doğası

Fiziksel olarak katalizör taneciklerinin şekli düzensizdir ve yakıt bölmesi yakıtında alt mikron boyutu yaklaşık 100 μm değerine kadar değişkenlik gösterir; bu kabaca toz zerresinden insan saçı enine kadar değiştiği anlamına gelmektedir. Yoğunlukları da değişmektedir ancak genel olarak ağır akaryakıtın (HFO) yoğunluğundan biraz daha yüksektir. Daha büyük katalizör tanecikleri yakıtta kalır ancak düşük yoğunluklu küçük partiküller kalmaz.

Katalizör taneciklerinin fiziksel özelliklerinin dışında gemiler için en büyük sorun sertliktir. Katalizör tanecikleri son derece serttir (Mohs ölçeğine göre elmas 10 iken 8,2 değerine kadar ölçülmektedir); kolayca çizik oluşturabilir ve çelik yüzeylerde gömülü kalabilir.

Verdikleri zarar

Katalizör tanecikleri bunu bir enjektör ile yaptıklarında, silindir balatası ve piston halkası arasındaki yaklaşık 3-5 μm değerindeki bir boşlukta sıkışabilirler. Bundan daha büyük herhangi bir partikül aşınmaya neden olabilir. Her piston hareketinde, katalizör taneciği yumuşak yüzeylerde zemine yerleşir ve zamanla oluşan izler bırakır. Yakıt pompaları, enjektörler, vanalar ve diğer bileşenler de risk altındadır. Daha küçük partiküller bile belirgin hasara yol açabilir.

Bu tip aşınma hasarını normal uzun süreli mekanik aşınma ve yırtılma olarak düşünmek çok caziptir. Çoğu durumda olabilecek en kötü şey budur. Ancak, yüksek konsantrasyonlardaki katalizör tanecikleri dikkat çekecek şekilde kısa bir süre içinde şiddetli ve ciddi hasara da neden olabilir.

Mevcut çevrimiçi bir rapor yalnızca 100 saatlik kullanım sonrasında motorda arızaya yol açan bir katalizör taneciği sorununu tanımlamaktadır. Motor incelemeye alındığında, mühendisler "tüm pistonların ve gömleklerin tamamen zarar gördüğünü ve değiştirilmesi gerektiğini" tespit etti.

Bu tür bir hasarın onarılması son derece pahalıdır; talep raporları bunun 300.000 ila 1,5 milyon ABD Doları arasında olduğunu göstermektedir. Bu, katalizör taneciklerinin yalnızca operatörler için değil sigorta sektörü için de önemli bir sorun olmasına neden olmaktadır.

Uyumakta olan bir sorun uyanıyor

Katalizör tanecikleri yeni bir sorun değil. Katalitik kırma 1970'lerde yaygınlaştı ve artan yakıt fiyatları rafinerileri ham petrolden daha değerli ürün elde etmeye zorladı. Sonuç olarak, katalizör taneciği hasarına ilişkin ilk raporlar 1980'lerde ortaya çıkmaya başladı. Katalizör taneciklerini denizde gidermek daima bir sorun teşkil etmekle birlikte kirlenme seviyelerini azaltmaya yönelik güverte ekipmanı ( Bu makalenin 2. Kısmında açıklanacaktır olgun ve iyi anlaşılmış teknolojilere dayanmaktadır.

Maalesef bu aşinalık sektörde belirli bir seviyede rahatlamaya neden oldu. Katalizör taneciği kirlenmesi beklendiği gibi 2020 sonrasında daha yaygın hale gelirse, bu rahatlama bilgi ve uygulamalarını güncellemeyen operatörlere son derece pahalıya mal olabilir.

Denizcilikte İtiş Gücüne ilişkin yeni bir makale birçok operatörün dikkatini çekecek şekilde şok edicidir. Makale 400.000'den fazla yakıt örneğinin analiz edilmesine ilişkin ExxonMobil analizinden alınmıştır ve bu analiz gemilerin %43'ünün potansiyel olarak önemli katalizör tanecikleri sorunu olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu potansiyel sorunların yalnızca bir bölümünün oluşması durumunda bile ciddi para, zaman kaybı ve aksama sorunları oluşur.

Üç yıllık bir süre içerisinde MAN’ın PrimeServ ekibinin silindir gömleği hasarına ilişkin 226 vakanın 190'ında (yüzde 84) sorunun katalizör taneciklerinden kaynaklandığını tespit ettiği rapor edilmiştir.

Yukarıda belirttiğimiz gibi, katalizör tanecikleri kırma ve sülfür çıkarma işleminin bir yan ürünüdür. Yakıt ne kadar çok kırılıp sülfür çıkarılırsa katalizör taneciği seviyesi o kadar yüksek olur. Braemar'dan Paul Hill'in açıkça ifade ettiği gibi, “bu motor ve çevre arasında temel bir ödünleşim. Düşük sülfür ve az sayıda katalizör taneciği elde edemezsiniz."

OPEC'in 2017 - 2022 yılları arasında 138 milyon ton ek üretim kapasitesi ekleneceğini öngören World Oil Outlook 2040 raporu doğrultusunda, dünya çapında yakıt bölmelerine belirgin şekilde daha fazla katalizör taneciği gireceğinden emin olabiliriz.

Yüksek katalizör taneciği düzeyleri sorununa ek olarak, gözlemler üretime giren yeni katalizörlerin yakıt içinde daha sert katalizör tanecikleri ürettiğini öne sürmektedir. Bu yeterince kötü olmasa bile, düşük sülfürlü yakıtların ağır akaryakıtlara göre yağlama özelliği daha düşüktür ve bu da aşınmanın daha da arttığı anlamına gelir.

Geçerli sülfür limitlerinin bir yan etkisi katalizör taneciği düzeylerinin ve bunlarla ilişkili hasarın belirgin şekilde artmış olmasıdır. 2020 uyumluluğuna geçiş, sorunu tamamen yeni bir seviyeye taşıyabilir. Lloyd’s Register’ın Gemilere Akaryakıt Tedariki Analizi ve Danışmanlık Hizmeti (FOBAS) dünya çapında limanlarda akaryakıt tedariki kalitesini izlemekte ve sorunlar olması durumunda uyarılar yayınlamaktadır. Elbette operatörler bu ve diğer raporlara çok önem vermelidir. Bununla birlikte katalizör taneciği hasarının yakıt ISO 8217 ile tamamen uyumlu olsa bile oluşabileceğini unutmamak gerekir.

Tüm bu eklemeler eski bir sorunu yeni boyutlara taşımaktadır. Katalizör tanecikleri tartışmamızın 2. Kısmında çözümlere göz atacak ve operatörlerin oyunu nasıl oynaması veya önemli maliyetlerle nasıl başa çıkması gerektiğini tartışacağız.