Zukunftssichere Schiffsdieselmotoren durch bessere Dichtungsoptionen
Angesichts der Tatsache, dass mehr als 90 % der Handelsgüter weltweit auf dem Seeweg transportiert werden, ist die Schifffahrt ein wichtiger Schauplatz, wenn es um die Verringerung schädlicher Emissionen geht. Tier III ist die neueste Abgasnorm für NOx-Emissionen von Schiffsdieselmotoren. Da Tier IV voraussichtlich 2020 in Kraft treten wird, suchen die Motorenhersteller jetzt schon nach Dichtungskomponenten, um ihre Motoren für das nächste Jahrzehnt zukunftssicher auszurüsten.
Wir wollen einige der wichtigsten Herausforderungen betrachten, mit denen Tier III die Betreiber von Dieselmotoren derzeit konfrontiert, und darauf eingehen, wie die richtige Wahl der Dichtungsmaterialien zu leistungsfähigeren Lösungen führen könnte
NOx und Abdichtung in neueren Motoren
Sauberer Treibstoff ist eine zentrale Herausforderung bei Dichtungen in neueren Motoren. Je reiner der Treibstoff, desto chemisch aggressiver ist er für Elastomerdichtungen. Die Eigenschaften des Dichtungsmaterials sind von entscheidender Bedeutung. Die potenziellen Kosteneinsparungen sind beträchtlich. Trockendockkosten für die Wartung eines Schiffsmotors belaufen sich nicht selten auf bis zu 100.000 Euro täglich. Da Dichtungswechsel in einem Einspritzsystems ungefähr zehn Tage dauern, kann eine unzuverlässige Dichtung teuer zu stehen kommen. Durch die korrekte Auswahl des Dichtungsmaterials ist es möglich, die Intervalle zwischen den Wartungs- und Reparaturarbeiten zu verlängern.
Außerdem laufen neuere Motoren für gewöhnlich länger bei erhöhten Temperaturen. Eine Langzeitbeanspruchung bei mittleren Temperaturen kann zu einer erhöhten Abnutzung über die Lebensdauer der Dichtung hinweg führen. Bei der erforderlichen Dichtungstechnologie wird in der Regel auf hochfluorierte Dichtungswerkstoffe wie FFKM umgestellt.
NOx und Abdichtung in älteren Motoren
Bei älteren Dieselmotoren sind unter Umständen zusätzliche Arbeiten erforderlich, um den Anforderungen der Tier III und der kommenden Tier IV zu entsprechen. Dies kann auch den Einbau von oder die Nachrüstung mit System-Upgrades beinhalten.
1. Niederdruck-LNG-Motoren
Schiffsmotoren, die mit Flüssigerdgas (LNG) mit Niederdruck betrieben werden können, arbeiten mit einem relativ hohen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wobei eine vorgemischte Ladung aus Luft und Kraftstoff durch Pilotkraftstoff entzündet wird. Von diesen Niederdruck-LNG-Motoren produzierte NOx-Emissionen unterschreiten bereits jetzt die Anforderungen von Tier III.
Bei Motoren dieser Art ist die Tauglichkeit des Dichtungswerkstoffs für tiefe Temperaturen ein wichtiges Anliegen. Ein erfahrener Dichtungstechniker kann Sie bei der Auswahl der optimalen Dichtung für Anwendungen beraten, die eine zuverlässige Leistung in thermisch und chemisch hochgradig anspruchsvollen Umgebungen erfordern.
2. Selektive katalytische Reduktion (SCR)
Bei der SCR (Selective Catalytic Reduction) wird Ammoniak oder Harnstoff in das Abgas eingespritzt, bevor es durch einen Hochtemperatur-Katalysator strömt. Diese Additive reagieren mit dem NOx im Abgas und reduzieren es zu harmlosem N2. Durch die Nachrüstung mit SCR-Technologie können ältere Motoren ihre Emissionen um bis zu 90 % reduzieren.
Für den Druckabfall in der SCR-Anlage benötigt das System einen hocheffizienten Turbolader. Die Dichtungen in diesen Systemen müssen eine hohe thermische Beständigkeit aufweisen, da die NOx-zu-N2-Reaktion nur zwischen 300° C und 400° C ablaufen kann.
3. Befeuchten von Spülluft (Scavenge Air Moisturising, SAM)
Die Luft tritt mit hohen Temperaturen aus Turboladern und Kompressoren aus. Das Zugeben von Salzwasser kann die Luft sättigen und die Temperatur senken. Eine optimale Luftfeuchtigkeit wird durch eine Spülluft-Temperatur zwischen 60° C und 70° C aufrechterhalten, wobei von einer NOx-Reduktion von ungefähr 60 % ausgegangen wird.
Durch eine hohe Luftfeuchtigkeit kann das Aushärten einiger älterer Dichtungstechnologien rückgängig gemacht werden. In rauen Umgebungen dieser Art bieten speziell entwickelte Terpolymere eine zuverlässigere Dichtungslösung.
4. Abgasrückführung (Exhaust Gas Recirculation, EGR)
Durch die Rückleitung von Abgasen durch eine dem Turbolader nachgeschaltete Waschanlage können Motorenbetreiber die NOx-Emissionen um 50 bis 60 % reduzieren. Das Waschwasser kann jedoch nach intensivem Gebrauch hochgradig korrosiv auf Dichtungen wirken.
Hochentwickelte Werkstoffe aus Perfluorelastomer wie Perlast® zeigen nachweislich eine fast universelle Chemikalienbeständigkeit in diesem Umfeld.
5. Miller-Zyklus
In Viertaktmotoren senkt die Ausdehnung und Kühlung der Ansaugluft die NOx-Produktion, insbesondere in Verbindung mit direkter Wassereinspritzung (Direct Water Injection, DWI) oder Wasser-in-Treibstoff-Emulsionen. Für die NOx-Reduktion mit der Miller-Zyklus-Methode werden zwei Turbolader benötigt.
In Baugruppen mit zwei Turboladern müssen Elastomerdichtungen einem beachtlichen Wärmestau standhalten. Bei Verwendung von Wasser-in-Treibstoff-Emulsionen wird das Dichtungssystem mit anderen Chemikaliengruppen konfrontiert. FFKM zeigt eine gute Beständigkeit gegenüber thermischen und chemischen Angriffen.
6. CSNOx
Bei diesem Verfahren werden zum Waschen Elektrolyse und Meerwasser verwendet, um atmosphärisches CO2, SOx und NOx in unschädliche Substrate umzuwandeln, die sicher entsorgt werden können. Die CSNOx-Anlage ist kompakt und wartungsarm und wird daher gerne für die Emissionsminderung eingesetzt.
Einige ältere Dichtungstechnologien tendieren bei hohen CO2-Konzentrationen zum Aufquellen. Für ein Dichtungssystem, das länger halten soll, stehen Werkstoffe zur Auswahl, bei denen ein Versagen durch chemisches Aufquellen weniger wahrscheinlich ist.
Jede Entscheidung über Veränderungen am Motor kann zu einer erheblichen Senkung der NOx- und SOx-Emissionen führen, aber die Betreiber müssen sich über die Auswirkungen auf die Dichtungskomponenten im Klaren sein. Ein Beratungsgespräch mit einem erfahrenen Dichtungsspezialisten kann sicherstellen, dass die für die Einhaltung von Tier III relevante Ressource nicht durch eine unsachgemäße Wahl des Dichtungswerkstoffs vereitelt wird, und dass nach der Wahl des Werkstoffs die optimalen Dichtungen richtig dimensioniert und eingebaut werden, um gute Motorleistung, langfristige Zuverlässigkeit und verringerte Betriebskosten zu gewährleisten.
Lassen Sie sich noch heute von unseren Dichtungsspezialisten kostenlos über die Dichtungsoptionen für Dieselmotoren beraten.