Uudet jäähdytysjärjestelmän vaatimukset HVO/biodiesel-hybridigeneraattoreille

Generaattorisarjan vaihtamista HVO-, FAME-pohjaiseen biodieseliin tai näiden kahden sekoitukseen kuvataan usein yksinkertaiseksi "drop-in"-siirtymäksi. Polttoainejärjestelmän osalta tämä kuvaus on suurelta osin tarkka. Jäähdytysjärjestelmän osalta se on vain osittain totta. Biopolttoainekäyttöön sisältyy tiettyjä termisiä, kemiallisia ja materiaalien yhteensopivuutta koskevia näkökohtia, jotka – jos niitä ei oteta huomioon – voivat lyhentää jäähdyttimen käyttöikää, heikentää jäähdytysnesteen suorituskykyä ja aiheuttaa odottamattomia ylikuumenemistapahtumia pahimmalla mahdollisella hetkellä.

Kuinka HVO ja biodiesel muuttavat moottorin lämpöprofiilia

HVO:lla (Hydrotreated Vegetable Oil) ja perinteisellä dieselillä on hyvin samanlainen hiilivetyrakenne. Käytännössä 100 % HVO:lla toimiva generaattori tuottaa lämmönpoistokuorman noin 2–3 %:n sisällä dieselin perusviivasta — ero on liian pieni, jotta se vaatisi jäähdyttimen koon muuttamista useimmissa asennuksissa. Ensisijainen syy on HVO:n hieman alhaisempi energiatiheys (noin 34,4 MJ/L vs. dieselin 35,7 MJ/L), mikä lisää marginaalista polttoaineen kulutusta tuotettua kWh:ta kohden ja siten marginaalista lisäystä jäähdytyspiiriin hylätyssä kokonaislämmössä.

FAME-pohjainen biodiesel (Fatty Acid Methyl Ester) käyttäytyy eri tavalla. Sen happea sisältävä molekyylirakenne muuttaa palamisominaisuuksia tavoilla, jotka ovat tärkeitä jäähdytysjärjestelmän insinööreille:

• Korkeammat palamislämpötilat keskikuormituksella: FAME-molekyylien happipitoisuus tukee täydellisempää palamista, mikä voi nostaa sylinterin sisäisiä huippulämpötiloja ja siirtää suuremman osan lämmöstä jäähdytysainekiertoon pakokaasuvirran sijaan.
• Lisääntynyt polttoaineenkulutus suurilla FAME-seoksilla: B20-sekoitukset (20 % FAME) lisäävät polttoaineen kulutusta tyypillisesti 1–2 %. B100 voi näyttää 8–12 % lisäyksiä, jotka ovat suoraan verrannollisia patteriin kohdistuvaan ylimääräiseen lämmönpoistokuormaan.
• Sekoitussuhteen epävakaus hybridikäytössä: Vaihtuvilla HVO/FAME-seoksilla toimivat generaattorit – joissa sekoitussuhde vaihtelee polttoainetoimitusten välillä – kokevat vaihtelevan lämpökuorman. Dieselille mitoitetut kiinteän kapasiteetin patterit voivat toimia lähempänä marginaaliaan kuin käyttäjät ymmärtävät.

Käytännön johtopäätös: pelkkä HVO-käyttö ei vaadi jäähdytysjärjestelmän koon muuttamista. FAME-sekoitukset, jotka ovat yli B20:n, erityisesti huipputehosovelluksissa, joissa käytetään jatkuvaa korkeaa kuormitusta, edellyttävät muodollisen lämmönhylkäyslaskelman uudelleen ennen sitoutumista polttoaineen vaihtoon.

Jäähdytysnesteen yhteensopivuus: mikä muuttuu biopolttoaineen käytön myötä

Itse jäähdytysneste on useimmiten huomiotta jätetty näkökohta biopolttoaineen siirtymisessä. Suurin osa generaattoreista saapuu tehtaalta täytettynä tavanomaisella epäorgaanisen lisäaineteknologian (IAT) jäähdytysnesteellä, joka käyttää silikaatti- ja fosfaatti-inhibiittoreita metallipintojen suojaamiseen. Nämä inhibiittorit on muotoiltu dieselin palamiskemiaan - ja ne ovat huonosti vuorovaikutuksessa FAME-biodieselkontaminaation kanssa.

FAME-biodiesel on hygroskooppista: se imee kosteutta ilmakehästä varastoinnin ja käytön aikana. Moottoreissa, joissa on mikä tahansa palamisreitti jäähdytysnestepiiriin, jäähdytysnesteeseen voi päästä pieniä määriä FAME-hapetustuotteita – pääasiassa lyhytketjuisia orgaanisia happoja. Nämä hapot nopeuttavat silikaatti-inhibiittoreiden ehtymistä alentaen jäähdytysnesteen pH:ta ja muuttaen suojaavan nesteen lievästi syövyttäväksi.

Päivitä minkä tahansa generaattorin, joka käyttää yli B10:n FAME-sekoituksia, jäähdytysnesteen spesifikaatioksi OAT (Organic Acid Technology) tai HOAT (Hybrid OAT). ennen kuin teet polttoaineen vaihdon. OAT-jäähdytysnesteissä käytetään karboksylaatti-inhibiittoreita, jotka kestävät kemiallisesti orgaanista happokontaminaatiota, ylläpitävät vakaan pH:n useissa olosuhteissa ja tarjoavat erinomaisen pitkäaikaisen suojan alumiinilämmönvaihtimen pinnoille. Ne myös pidentävät huoltovälejä tyypillisestä 2 vuoden IAT-jaksosta 4–5 vuoteen, mikä vähentää ylläpitokustannuksia.

Pelkästään HVO-käytössä olemassa oleva jäähdytysnesteen spesifikaatio on yleensä riittävä, mutta siirtymä on hyvä tilaisuus tarkistaa jäähdytysnesteen kunto - tarkistaa pH, inhibiittoripitoisuus ja jäätymispiste - ja vaihtaa, jos neste on yli kaksi vuotta vanha.

Jäähdyttimen materiaalin valinta biopolttoaineympäristöihin

Kaikki jäähdyttimen ydinmateriaalit eivät reagoi biopolttoaineiden käyttöolosuhteisiin samalla tavalla. Ero on tärkein, kun FAME-biodiesel on osa polttoainesekoitusta.

Perinteisissä kupari-messinkipatterin ytimissä käytetään pehmeäjuotetta (tina-lyijy-seosta) putkien liittämiseen jakoputkiin. FAME:n palaminen tuottaa pieniä määriä muurahais- ja etikkahappoa hapettumisen sivutuotteina. Tuhansien käyttötuntien aikana nämä yhdisteet - jopa pieninä pitoisuuksina jäähdytysnesteessä - voivat hyökätä pehmeisiin juotosliitoksiin aiheuttaen asteittaista liitoksen hajoamista ja mahdollisia jäähdytysnesteen vuotoja putkien välisissä saumoissa. Tämä vikatila on hidas ja jää usein huomaamatta, kunnes näkyy näkyvä vuoto.

Täysalumiininen juotettu ydinrakenne on suositeltu materiaalivalinta generaattoreihin, jotka toimivat FAME:tä sisältävillä polttoaineilla. Alumiinin juotetuissa liitoksissa käytetään alumiini-piitäyteaineseosta, joka kestää kemiallisesti biodieselin käyttöön liittyvää orgaanista happoa. Alumiiniytimet tarjoavat myös paremman lujuus-paino-suhteen ja paremman lämmönjohtavuuden verrattuna kupari-messinkimalleihin vastaavilla ydintilavuuksilla. Pitkän aikavälin biopolttoainestrategiaa suunnitteleville laitoksille määritetään täysin alumiininen generaattorijäähdytin poistaa juotteen korroosioriskin kokonaan alusta alkaen.

Genserteissä, joissa on olemassa olevia alumiini-muovihybridipatterit – joissa alumiiniydin on yhdistetty polymeeripäätysäiliöihin – ensisijainen huolenaihe siirtyy säiliön väliseen tiivisteeseen ja O-rengasmateriaaleihin. Vakio EPDM-tiivisteet ovat yhteensopivia sekä HVO:n että FAME:n kanssa. Neopreeni- tai nitriilikumitiivisteet voivat kuitenkin turvota ja pehmentyä, kun ne altistuvat runsaasti FAME:a sisältäville seoksille pitkiä aikoja. Ennen kuin sitoudut B20- tai korkeampiin sekoituksiin alumiini-muovijäähdyttimessä, tarkista tiivistemateriaalin tiedot jäähdyttimen valmistajalta. Katso yksityiskohtainen erittely alumiini-muovirakenteesta ja sen korroosiokäyttäytymisestä eri polttoaineympäristöissä alumiini-muovi jäähdyttimen korroosioopas .

Lämmönestomitoitus: Tarvitsetko suuremman jäähdyttimen?

Tämä on kysymys, jonka useimmat käyttäjät kysyvät ensin, ja vastaus riippuu täysin polttoainetyypistä, sekoitussuhteesta ja käyttökuormitusprofiilista.

Koon muutoskynnys ei tarkoita vain keskimääräistä kuormitusta – se on jatkuvaa huippukuormitusta. Gensetti, joka toimii 70 %:n keskimääräisellä kuormalla ja satunnaisilla piikeillä täyteen nimellistehoon, voi toimia turvallisesti B20:ssa olemassa olevan jäähdyttimen kanssa. Saman yksikön jatkuvassa päätehon roolissa 85–100 %:n kuormituksella on kapeampi lämpömarginaali, ja B20-seoksen ylimääräinen lämmönpoisto voi työntää jäähdytysnesteen lämpötilat varoitusalueelle kuumina ympäristöpäivinä.

Parhaassa tehoasennuksissa, jotka aikovat käyttää yli B20:n FAME-sekoituksia, ainoa luotettava menetelmä on erillinen lämpölaskenta, jossa käytetään moottorin valmistajan lämmönpoistotietoja tavoitepolttoaineen eritelmissä. Tarkoituksenmukainen prime generaattorin patterit on suunniteltu suuremmalla sydämen syvyydellä ja suuremmalla evätiheydellä käsittelemään täsmälleen näitä kohonneita jatkuvatoimisia lämmön hylkäyskuormia.

Käytännön mukauttamisen tarkistuslista olemassa oleville generaattoreille

Ennen kuin ensimmäinen HVO- tai biodieselseossäiliö otetaan käyttöön, varmista, että jäähdytysjärjestelmä on valmis, suorittamalla seuraavat vaiheet:

1. Tunnista jäähdyttimen ydinmateriaali. Kupari-messinkiytimet, joissa on pehmeät juotosliitokset, tulee tarkastaa olemassa olevan korroosion varalta ja harkita vaihtamista, jos generaattori toimii FAME-sekoituksilla, jotka ovat yli B10-seoksia pitkään. Täysin alumiinista juotetut ytimet eivät vaadi muutoksia.
2. Tarkista tiiviste- ja tiivistemateriaalit. Tarkista jäähdyttimen päätysäiliön tiivisteet ja kaikki jäähdytysnesteletkujen liitännät. Vaihda neopreeni- tai nitriilikomponentit EPDM-vastineisiin ennen FAME:tä sisältävien polttoaineiden käyttöä.
3. Päivitä jäähdytysnesteen tiedot tarvittaessa. Tyhjennä ja huuhtele olemassa oleva jäähdytysneste, jos vaihdat IAT:stä OAT/HOATiin. Älä vain täytä - inhibiittorikemikaalien sekoittaminen voi aiheuttaa inhibiittoreiden putoamista ja lietteen muodostumista.
4. Laske lämmönpoisto uudelleen, jos käytät B20-seoksia tai korkeampia sekoituksia. Käytä moottorin tietosivulla olevia lämmönpoistolukuja, jotka on mukautettu polttoaineen pienempään energiatiheyteen ja korkeampaan polttoaineenkulutukseen. Vertaa tulosta jäähdyttimesi nimelliseen jäähdytystehoon suurimmassa ympäristön lämpötilassa.
5. Seuraa tarkasti ensimmäisten 250 käyttötunnin aikana. Seuraa polttoainekytkimen jälkeen jäähdytysnesteen lämpötilaa täydellä kuormituksella, tarkasta mahdolliset uudet vuodot jäähdyttimen liitoksissa ja letkuliitännöissä ja tarkista jäähdytysnesteen pH uudelleen 250 tunnin kohdalla. Tämä ensimmäinen valvontaikkuna havaitsee suurimman osan yhteensopivuusongelmista ennen kuin niistä kehittyy vakavia vikoja.