Lépjen be bármelyik kereskedelmi hajó géptermébe, és szelepeket, műszereket, valamint évtizedes, intenzív használatra tervezett csővezetékeket talál. Ami gyakran hiányzik, az egy egyszerű kérdés egyértelmű, valós idejű megválaszolása: jelenleg pontosan mennyi folyadék áramlik az adott vezetéken? Üzemanyag, hűtőfolyadék, ballasztvíz, édesvíz. Egy hajón szinte minden rendszer attól függ, hogy a folyadék a megfelelő helyre, a megfelelő sebességgel jusson el. Az ultrahangos áramlásmérők csendben az egyik legpraktikusabb megoldássá váltak ennek a kérdésnek a megválaszolására, amire a hajótulajdonosok és az OEM-gyártók is egyre inkább felfigyelnek.
Ez a cikk azt vizsgálja, hogy az ultrahangos áramlásmérés hol bizonyította már a fedélzeten a létjogosultságát: az üzemanyag-felügyelet és a szennyeződés észlelése, a motor hűtése, valamint a fedélzeti folyadékkezelés tágabb területe, amely magában foglalja a ballasztvizet, az édesvíz-előállítást és a hidraulikus rendszereket. Emellett kitérünk az iparágban továbbra is alkalmazott egyéb áramlásmérő-technológiákra, valamint arra, hogy melyik megoldás mikor bizonyul célszerűbbnek.
Az üzemanyag nyomon követése: fogyasztás, szennyeződés és költségek
A legtöbb hajó esetében az üzemanyag a működési költségvetés legnagyobb egyedi tétele. Már önmagában ez is indokolja a megfelelő mérését. Az üzemanyag-ellátó vezetékre telepített ultrahangos áramlásmérők valós idejű fogyasztási adatokat biztosítanak a személyzet számára, amelyek megjeleníthetők a hídon, vagy közvetlenül továbbíthatók a hajó irányítási rendszerébe. A mérnökök így nem csupán a tartályszint műszakonkénti ellenőrzéséből becsülik a fogyasztási ütemet, hanem nyomon követhetik az egyes útvonalrészek, motorok vagy sebességbeállítások szerinti fogyasztást is, és az eltéréseket azonnal, nem pedig utólag észlelhetik.
A visszatérő vezetékkel rendelkező motoroknál – ami a tengeri dízelmotorok jelentős részét lefedi – a differenciális mérési elrendezés olyan problémát old meg, amelyre az egyetlen mérési ponttal rendelkező mérők nem képesek. Két mérő (egy az előremenő, egy a visszatérő vezetéken), vagy egyetlen differenciálmérő mindkét vezetéket méri, és a tényleges nettó fogyasztást a kettő különbségeként határozza meg:
Az előremenő vezetéken elhelyezett mérő rögzíti, mennyi üzemanyag hagyja el a tartályt.
A visszatérő vezetéken elhelyezett mérő rögzíti, mennyi üzemanyag tér vissza elégetetlenül.
A két érték különbsége mutatja meg, hogy a motor ténylegesen mennyi üzemanyagot fogyasztott, függetlenül attól, hogy az adott pillanatban mennyi üzemanyag kering a befecskendezőkön keresztül.
Az Allengra differenciális üzemanyag-áramlásmérője, amelyet eredetileg motorsport- és autóipari alkalmazásokhoz fejlesztettek, pontosan ilyen elrendezésre épül: áramlási tartománya akár 1 500 l/h, pontossága pedig a mért érték fél százalékán belül van. Ez a tűréshatár jól mutatja, milyen szintre fejlesztették az alapul szolgáló technológiát.
Van egy második előny is, amelyhez egyáltalán nincs szükség további hardverre. Az ultrahangos mérők a folyadékon áthaladó hangsebesség alapján számítják ki az áramlást, ez a sebesség pedig érzékeny a folyadék összetételére. Amikor az üzemanyag vízzel szennyeződik vagy bunkerolás közben felhígul, a hangsebesség mért értéke eltér az adott üzemanyagtípustól elvárttól. A mérő a normál működés részeként már eleve előállítja ezt az adatot, így az üzemanyag-minőség és a szennyeződés észlelése gyakorlatilag az áramlásméréssel együtt, többletköltség nélkül rendelkezésre áll. Nincs szükség külön mintavételi készletre vagy laboratóriumi átfutási időre. Tekintettel arra, hogy a bunkerolási viták milyen gyakran vezethetők vissza az utólagos üzemanyagminőségi kifogásokra, az adatok automatikus naplózása sokkal értékesebb, mint amilyennek elsőre tűnhet.
Motorhűtés: ahol az ultrahangos érzékelők már bizonyítottak
Ha az üzemanyag-felügyelet az újabb alkalmazások közé tartozik, akkor a motorhűtés az a terület, ahol az ultrahangos áramlásmérésnek már volt ideje bizonyítani. A hűtőkör folyamatos felügyelete biztosítja, hogy az áramlás csökkenése – legyen szó meghibásodó szivattyúról, eltömődésről vagy lassú szivárgásról – riasztást váltson ki, még mielőtt a motor hőmérséklete kritikus szintet érne el. Ez fontosabb, mint elsőre gondolnánk, különösen a személyzet nélküli géptermekben, amelyek a modern hajókon egyre gyakoribbak. Senki sem áll ott, hogy egy műszert figyeljen; a rendszernek önállóan kell felismernie a problémát.
Ugyanezek az érzékelők a hűtőfolyadék glikolkoncentrációját is mérik, a keverékben mérhető hangsebesség alapján. Így a fagyálló védelem ellenőrizhető anélkül, hogy le kellene engedni a rendszert vagy kézi mintát kellene venni. Egy olyan hajón, ahol minden gépteremben töltött óra tucatnyi más karbantartási feladattal versenyez, ez korántsem jelentéktelen kényelmi előny.
Miért fejlődött ez az alkalmazás gyorsabban, mint más területek? Részben azért, mert az alapul szolgáló technológiát már évek óta tesztelik igényes, helyhez kötött rendszerekben, és az eredmények jól igazolhatók. Fűtési rendszereken végzett független helyszíni tesztek során a hét év folyamatos működés után eltávolított érzékelők még mindig megfeleltek az eredeti, gyártósor végi kalibrációs értékeknek: nem volt mérhető eltolódás, és az érzékelő felületén sem alakult ki számottevő lerakódás, annak ellenére, hogy éveken át szűretlen, részecskékkel teli víznek voltak kitéve. Egy hajón, ahol egy meghibásodott érzékelő rendszerint hajógyári látogatást, nem pedig ötperces cserét jelent, ez a tartóssági mutató különösen fontos.
Néhány tervezési jellemző magyarázza, miért:
Nincsenek a folyadékkal érintkező mozgó alkatrészek, így semmi sem kopik el mechanikusan
Az érzékelő felületén kialakuló mikrovibrációk öntisztító hatása karbantartás nélkül is működőképesen tartja az eszközt szennyezett vízben
Az érzékelőn gyakorlatilag nincs nyomásveszteség, ezért a hűtőszivattyúnak nem kell többletmunkát végeznie a mérő kompenzálására
A standard alkalmazások pontossága széles áramlási tartományban általában a mért érték 2–3 százaléka, míg ahol valóban szükséges, 0,25 százalék alatti érték is elérhető. Az olyan termékek, mint az Allengra ALSONIC rozsdamentesacél-mérője, vízhez, víz-glikol keverékekhez és olajhoz használhatók, legfeljebb 16 bar nyomáson és -20 °C és 100 °C közötti hőmérsékleten. Ez egyetlen érzékelő esetében meglehetősen széles működési tartomány. Ha ezt akár 1:5000 arányú tipikus dinamikus tartománnyal (mérési tartománnyal) párosítjuk, egyetlen mérő képes lefedni az alapjárati csepegő áramlást és a teljes terhelés melletti áramlást is hardvercsere nélkül – erre a mechanikus mérők általában nem képesek.
Fedélzeti folyadékkezelés: ballaszt, édesvíz és hidraulika
A motoron túl egy hajó valójában folyadékrendszerek hálózata, amelyek közül több is profitál ugyanebből a nem invazív mérési megközelítésből.
Ballasztvíz esetében a leginkább egyértelműek a szabályozási előnyök. A ballasztvezetékekre telepített áramlásmérők minden egyes vízcseréhez vagy kezelési ciklushoz pontos térfogatadatokat szolgáltatnak, és a kikötőállami ellenőrzések során pontosan ilyen dokumentációt várnak el. A cél azonban nem csupán a problémák elkerülése. Annak pontos ismerete, hogy ballasztolás közben mennyi víz mozgott, magát a folyamatot is optimalizálja, ami csökkentheti a horgonyon vagy a kikötői merülés beállításával töltött műveleti időt.
Az édesvíz előállítása és elosztása szintén természetes alkalmazási terület, különösen a tengervíz átalakítására fordított ozmózisos rendszereket használó hajókon. A RO-egység kimenetének mérése az üzemeltetés tervezése és annak ellenőrzése szempontjából is fontos, hogy a rendszer képes-e lépést tartani az igényekkel. Az elosztóvezetékek mérése pedig pontosan megmutatja, hová kerül a víz az előállítás után. Mivel ezeknek az érzékelőknek nincsenek a vízzel érintkező mozgó alkatrészeik, nem áll fenn annak a veszélye, hogy kopási részecskék vagy kenőanyag szennyezi az ivóvizet – pontosan az a fajta probléma, amelyet senki sem szeretne egy egészségügyi ellenőrzés során megmagyarázni.
A hidraulikus rendszerek kevésbé nyilvánvaló, de valóban hasznos alkalmazást kínálnak: a szivárgások észlelését. Szereljen egy mérőt a hidraulikus kör nyomóágára, egy másikat pedig a visszatérő ágra, majd hasonlítsa össze a leolvasott értékeket. Ha idővel több folyadék távozik a szivattyúból, mint amennyi a munkahengereken keresztül visszatér, akkor a rendszerben valami belső megkerülő áramlást hoz létre ahelyett, hogy hasznos munkát végezne. Ennek korai észlelése lehetővé teszi, hogy a kopott alkatrészt egy tervezett leállás során cseréljék ki, ne pedig egy út közben, terhelés alatt, a lehető legrosszabb pillanatban hibásodjon meg.
Mikor lehetnek továbbra is megfelelőek más áramlásmérőtípusok?
Az ultrahangos technológia nem váltott fel minden mást a hajókon, és nem is ez a célja. Néhány más típus továbbra is elterjedt, mindegyiknek megvan a maga jól érthető oka.
A mechanikus és turbinás mérők a régi, bevált megoldások: egyszerűek, jól ismertek, és kezdeti beruházási költségük alacsony. Gyengeségük pontosan az, amit az ultrahangos technológia elkerül. A mozgó alkatrészek kopnak, a viszkozitás változása idővel eltéríti a kalibrációt, a szennyezett üzemanyag vagy víz pedig felgyorsítja ezt a folyamatot. Ennek ellenére továbbra is használhatók régebbi hajók hagyományos általános célú víz-, kenőolaj- és üzemanyag-átfejtő vezetékeinél, ahol az utólagos átalakítás nem prioritás.
A térfogat-kiszorításos mérők – a fogaskerekes és dugattyús típusok, amelyek minden ciklusban fizikailag befognak, majd kiengednek egy kis folyadékmennyiséget – továbbra is népszerűek ott, ahol a pontos adagolás mindennél fontosabb. Mechanikailag egyszerűek és rendkívül jól ismételhetők, de hosszú élettartam esetén ugyanúgy jelentkezik a kopás problémája. Továbbra is jól alkalmazhatók olyan kis tételű, precíz munkákhoz, mint a kenőolaj-adagolás, a vegyszerbefecskendezés és az adalékanyag-mérés.
A Coriolis-mérők teljesen más területet képviselnek. A térfogat közvetett meghatározása helyett közvetlenül a tömeget mérik, ezért nagyrészt érzéketlenek az üzemanyag viszkozitásának vagy sűrűségének változásaira. Ez valódi előnyt jelent a hivatalos bunkeranyag-őrzési és átadási mérésnél, ahol a szállítónak és a vevőnek egyaránt olyan értékre van szüksége, amelyet egyik fél sem vitathat, és ahol a bunkerolás közbeni térfogati mérési hibákat mindkét oldalon tényleges pénzügyi veszteségekkel hozták összefüggésbe. A kompromisszum a méret, a tömeg és a költség. A Coriolis-mérők általában nagyobbak és drágábbak, mint a csőre kívülről rögzíthető ultrahangos egységek, részben ezért az ultrahangos megoldás előnyösebb a napi fogyasztás nyomon követésére, mint a hivatalos őrzési és átadási mérésre.
A mágneses (elektromágneses) mérők zárják a sort, de csak elektromosan vezető folyadékokkal működnek, így az üzemanyag és az olaj teljesen kiesik. A fedélzeten elsősorban vízalapú alkalmazásokban jelennek meg, nem pedig az üzemanyagrendszer közelében.
Az ultrahangos technológia megfelelő az Ön hajójához?
E technológiák egyike sem tekinthető általánosan a „legjobbnak”. A megfelelő választás attól függ, mit kell mérni, mekkora pontosságra van szükség, és valódi problémát jelent-e a mechanikai kopás vagy a folyadékkal való érintkezés. Az üzemanyag-felügyelet, a motorhűtés és a fedélzeti folyadékkezelés tágabb területén azonban az ultrahangos áramlásmérők újra és újra praktikus megoldásnak bizonyulnak: nincs karbantartást igénylő mozgó alkatrész, nincs számottevő nyomásesés, amellyel meg kellene küzdeni, és az adatok – legyen szó fogyasztásról, szennyeződésről vagy a hűtőfolyadék állapotáról – eleve rendelkezésre állnak.
Az Allengra házon belül tervezi és gyártja ultrahangos áramlásmérőit, és rugalmasan képes nedvesített, a folyadékkal érintkező megoldásokat kialakítani egyedi tengeri alkalmazásokhoz és OEM-követelményekhez. A flow-mérési megoldások korszerűsítését mérlegelő hajók és flottakezelők számára a tengeri áramlásmérőkkel foglalkozó oldal ésszerű kiindulópont lehet.
