Изучение несовместимости морского остаточного топлива: тематическое исследование с использованием метода машинного обучения
Существующая проблема. Обеспечение судов качественным топливом с пониженным содержанием SOx является приоритетной задачей. Морские остаточные топлива являются одним из основных источников загрязнения атмосферы при эксплуатации судов и морских танкеров. Поэтому Международная морская организация (IMO) ежегодно пересматривает и устанавливает строгие правила содержания серы в судовом топливе.
Идея работы. Одним из возможных технологических решений, позволяющих соблюдать ограничения по содержанию серы, является использование смесевых топлив. Однако это сопряжено с риском несовместимости ингредиентов. В представленной работе исследуется новый подход к изучению активного осаждения остаточных и смесевых топлив. Оценка процесса осаждения при смешивании, хранении и транспортировке судовых топлив производится на основе разработанных авторами методов с использованием машинного обучения.
Детали исследования. Для поиска оптимального решения были проведены исследования по определению влияния составов судового остаточного топлива на образование отложений с помощью алгоритмов машинного обучения. В результате предложена модель, которая может быть использована для прогнозирования несовместимости топливных композиций, а также процессов седиментации. Модель может быть использована для определения содержания отложений в смешанном судовом остаточном топливе с желаемой концентрацией серы.
В работе в качестве объектов исследования использовали судовые остаточные топлива марок:
• Проба №1 – Компаунд масел смазочных марка А вид 1 (КМС);
• Проба №2 – Топливо для судовых установок ТСУ-80 (RMD-80);
• Проба №3 – Топливо для судовых установок ТСУ-380 (RMG-380);
• Проба №4 – Мазут топочный 100, малозольный (RМK-700).
Определены физико-химические показатели топлив, сокращенный перечень показателей представлен в таблице 1.
| Образцы | Асфальтены, %. | н-Алканы, % wt. | Изоалканы, % |
|---|---|---|---|
| No.1 | - | 71,93 | 18,35 |
| No.2 | - | 38,68 | 55,09 |
| No.3 | 2,53 | 54,14 | 22,74 |
| No.4 | 7,15 | 51,15 | 20,71 |
Выполнены серия лабораторных испытаний на основе нового способа для определения совместимости и стабильности судовых остаточных топлив. Определены влияние н-парафинов от 55 до 70 % масс. при содержании асфальтенов от 0,5 до 3,5 % масс. с шагом 0,5 %
Все приготовлено 112 различных топливных смесей с требуемым составом и выполнены лабораторные испытания для определения содержания TSP. В качестве примера, на рисунке 2 показаны начальные и конечные фильтры для 1 серии испытаний при содержании асфальтенов 0,5 % масс. и н-парафинов 56 и 70 % масс.
Рисунок 1. Фильтры после определения TSP при содержании асфальтенов 0,5 % масс
Визуально можно определить несовместимость топливных композиций с содержанием н-парафинов различного процентного состава. Где наблюдается большое количество общего осадка на верхних фильтрах. На основании полученных данных разработан надежный инструмент для определения седиментационной активности при различных значениях н-парафинов и асфальтенов в рассматриваемых диапазонах. Результаты расчетов представлены на рисунке 2.
Рисунок 2. Трехмерная визуализация на основе методов машинного обучения
Заключение. Проведены эксперименты по определению физических и химических характеристик топлива, исследовано влияния н-парафинов и асфальтенов на общее содержание наносов. Путем анализа результатов экспериментов получены основные корреляции между составом топливной смеси и седиментацией. При обработке данных используются различные методы машинного обучения. Таким образом, был разработан надежный инструмент для определения возможности возникновения несовместимости при смешивании различных типов судового остаточного топлива.