کشتی ها گازسوز می شوند

با محدود شدن منابع سوخت های هیدروکربن نفت خام و افزایش تشدید قیمت ها و همچنین اعمال قوانین کنترل آلودگی هوای ناشی از آلاینده هائی چون اکسیدنیتروژن NOx و اکسید گوگرد SOx که در اثر احتراق سوخت های هیدروکربن مانند نفت کوره و گازوئیل در موتورها تولید شده و در هوا پخش می شود اکنون صنعت استفاده از گاز مایع طبیعی به منظور جایگزینی نفت سیاه و گازوئیل در کشتی ها به سرعت در حال توسعه است

با محدود شدن منابع سوخت‌های هیدروکربن (نفت خام) و افزایش تشدید قیمت‌ها و همچنین اعمال قوانین کنترل آلودگی هوای ناشی از آلاینده‌هائی چون اکسیدنیتروژن (NOx) و اکسید گوگرد (SOx) که در اثر احتراق سوخت‌های هیدروکربن مانند نفت کوره و گازوئیل در موتورها تولید شده و در هوا پخش می‌شود. اکنون صنعت استفاده از گاز مایع طبیعی به منظور جایگزینی نفت سیاه و گازوئیل در کشتی‌ها به سرعت در حال توسعه است.

با وجود منابع سرشار گاز طبیعی در نقاط مختلف جهان، پیش‌بینی می‌شود که ذخیره آن تا ۱۵۰ سال برای مصرف جهانی کافی باشد.

به‌طور کلی گاز طبیعی تشکیل شده از متان همراه با مقداری جزئی از گازهای سنگین‌تر مانند اتان و پروپان است که در حال طبیعی به‌صورت گاز است ولی با سرد کردن آن تا ۱۶۲ـ درجه سانتی‌گراد به مایع تبدیل می‌شود که در این حالت حج مخصوص آن تا حد قابل ملاحظه‌ای کاسته می‌شود، در نتیجه انبار نمودن (ذخیره کردن) آن در مخازن کوچک به نسبت مقدار انرژی که از آن به‌دست می‌آید، امکان‌پذیر می‌نماید.

گاز طبیعی که به یک سوخت تمیز معروف است بهترین نوع سوخت شناخته شده است. زیرا بعد از احتراق نسبت به سایر انواع سوخت‌ها حداقل دی‌اکسیدکربن (CO۲) از آن تولید می‌شود و وقتی که سرد می‌شود به مایع تبدیل می‌گردد. گوگرد (S) موجود در آن نیز گرفته می‌شود. در نتیجه پس از سوختن، گازهای اکسید گوگرد (SOx) نیز در اگزوز موتور تولید نمی‌شود. همچنین به‌علت سوختن کامل، مقدار اکسیدهای نیتروژن (NOx) آن نیز بسیار ناچیز است. مزایای استفاده از این گاز در صنایع دریائی کاملاً محرز شده ولی تاکنون موارد کاربردی آن منحصر به استفاده در شناورهائی مانند کشتی‌های مسافربری تفریحی کوچک و قایق‌های خدماتی و سکوهای فراساحل و کشتی‌های مخصوص حمل گاز طبیعی مایع بوده است.

مناسب‌ترین نوع مخازن گاز طبیعی مایع در کشتی‌ها استفاده از مخازن استوانه‌ای شکل دوجداره از جنس فولاد زنگ‌نزن (STAINLESS STEEL) است که در جداره خارجی آن کاملاً عایق‌بندی شده باشد. فشار داخل مخازن برحسب نوع مصرف موتور معمولاً تا ۵ بار می‌تواند باشد ولی مخازن معمولاً طوری ساخته می‌شوند که تحمل فشار ۹ بار را داشته باشند زیرا بر اثر جذب حرارت از جداره مخازن توسط گاز مایع تا حدی فشار داخل آن افزوده می‌شود. در نتیجه به منظور حفظ فشار مناسب در داخل مخازن همیشه باید مقداری از گاز را یا تخلیه نمود و یا مورد استفاده قرار داد. این حالت را (NATURAL BOIL - OFF) جوش طبیعی می‌نامند.

مسئله عمده انبار نمودن گاز طبیعی به‌صورت مایع در کشتی، فضای زیاد مورد نیاز برای مخازن است. در حالی‌که مخازن سوخت‌های معمولی مانند گازوئیل و نفت سیاه به مراتب کوچک‌تر است.

فضای لازم برای مخازن گاز در کشتی ۹/۱ برابر بیشتر از فضای لازم برای مخازن گازوئیل است. حال اگر ضخامت عایق‌بندی مخازن را هم اضافه نمائیم و با توجه به اینکه مخازن گاز را نمی‌توان بیش از ۹۵ درصد پر نمود، فضای لازم برای حمل سوخت گاز مایع به ۳/۲ برابر مخازن گازوئیل بالغ می‌گردد و با توجه به اینکه مخازن استوانه‌ای‌شکل هستند فضای مرده بین استوانه‌ها نیز مزید بر علت است که مخازن گاز طبیعی فضای بیشتری را اشغال نماید که در جمع، مخازن سوخت گاز مایع سه برابر فضای بیشتری را نسبت به مخازن گازوئیل نیاز دارند. با این اوصاف فضای اشغالی مخازن سوخت دیزل که طبق قوانین مارپول باید دوجداره باشد فضای لازم برای مخازن گاز مایع در نهایت فقط ۵/۱ برابر مخازن سوخت دیزل یا نفت سیاه می‌گردد.

گاز مایع طبیعی در حالت عادی مایع خواص انفجاری ندارد و اگر به هر دلیل از مخازن نشت نماید به‌دلیل سبک‌تر بودن نسبت به هوا، به سرعت در هوا پخش شده و بالا می‌رود. نقطه اشتعال آن ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد است در حالی‌که نقطه اشتغال گازوئیل ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد است. گاز طبیعی به میزان ۵ الی ۱۵ درصد غلظت در هوا در مجاورت جرقه یا شعله مشتعل می‌گردد.

به منظور استفاده از گاز مایع طبیعی در کشتی‌ها به‌جای گازوئیل و یا نفت سیاه تغییراتی در موتورهای نوع دیزل باید اعمال شود تا قابلیت مصرف گاز مایع طبیعی را داشته باشند.

کارخانه سازنده موتورهای وارتسیلا از سال ۱۹۸۷ میلادی شروع به تحقیق و بررسی در مورد امکان ساخت موتوری را نموده است که بتواند با دو نوع سوخت کار کند یک موتور با امکان مصرف سوخت مضاعف می‌تواند با نفت خام، نفت سیاه و گاز طبیعی کار کند. این روش فعلاً برای دو نوع موتور وارتسیلا مدل ۳۲GD و ۴۶GD با قدرت‌های ۱۵۰۰ کیلووات و ۶/۱۷ مگاوات بررسی شده است. در نهایت تولید موتور با سوخت مضاعف از سال ۱۹۹۶ میلادی وارد مرحله عمل شده و دو نوع موتور با قدرت‌های ۴ هزار کیلووات و ۱/۱۷ مگاوات تولید شده است.

در موتورهای درون‌سوز یا موتورهای احتراق داخلی که در آنها از سوخت گاز مایع استفاده می‌شود کارکردن بر مبنای سیکل اتو (OTTO) است. در این روش مخلوط رقیق هوا با سوخت LEAN AIR - FUEL MIXTURE در مرحله مکش موتور وارد سیلندر می‌گردد و در مرحله تراکم مقداری گازوئیل نیز به‌داخل سیلندر تزریق می‌شود که تقریباً برابر یک‌درصد مقدار سوخت مصرفی در سیلندر است. با این ترتیب مقدار آلاینده اکسیدهای نیتروژن (NOx) کاهش‌یافته و راندمان موتور نیز بهتر می‌شود، به‌طوری‌که راندمان به ۴۷ درصد می‌رسد.

در موتورهای با سوخت کاملاً دیزل، موتور براساس سیکل دیزل کار می‌کند. در این سیستم ابتدا در سیکل مکش موتور هوا به‌داخل سیلندر کشیده می‌شود و در مرحله تراکم در نزدیکی به نقطه مرگ بالا گازوئیل به‌داخل سیلندر تزریق می‌شود.

در موتورهای گازسوز، گاز مایع طبیعی به‌عنوان سوخت اصلی و گازوئیل به‌عنوان سوخت پشتیبانی مورد مصرف قرار می‌گیرد. در صورت بروز هرگونه اختلال در سیستم موتور و فعال شدن سیستم هشدار، سوخت گاز مایع موتور به‌طور خودکار قطع می‌گردد و کارکرد موتور با سوخت گازوئیل ادامه می‌یابد و هرگاه وضعیت موتور به حالت عادی برگردد مجدداً می‌توان مصرف سوخت گاز مایع را برقرار نمود. به‌منظور رسیدن به بهترین حالت احتراق سوخت در داخل سیلندر تنظیم سوخت به‌وسیله سیستم الکترونیکی که بر روی هر سیلندر تعبیه شده است انجام می‌پذیرد.

موتورهای با سوخت مضاعف که تاکنون ساخته شده و در شناورهای مختلف و حمل گاز مایع به‌کار گرفته شده‌اند به منظور موتور مولد برق بوده که در بعضی از کشتی‌ها که نیروی رانش آنها برقی است برق سیستم رانش و کل برق مصرف سایر تجهیزات نیز از این نوع موتورها تأمین می‌شود.

منبع: MARINE PROPULSION

ترجمه و تدوین: مهندس توماس گراگوسیان