Перевозка природного газа в сжиженном состоянии (LNG - liquefied natural gas)

В технической термодинамике элементарное изменение энтропии тела или системы определяется элементарным теплообменом тела или системы с внешней средой и уровнем температуры на котором этот теплообмен происходит, S, Дж/(кгК):

ds = dq / Т

где dq - элементарный удельный теплообмен, ds - удельная энтропия.

Выразив удельный теплообмен через внутреннюю энергию тела и работу изменения объёма, для процесса 1-2 можно записать:

S = C ln T_2/ T₁ + R ln _2/1

Таким образом, изменение энтропии определяется изменением измеряемых параметров системы (p,V,T). В теплотехнике для графического представления состояний газа и отображения термодинамических процессов в тепловых двигателях широко используется так называемая энтропийная диаграмма (T-s).

Теплопроводность

Теплопроводность - это процесс передачи теплоты (энергии) вследствие хаотичного теплового движения молекул или атомов.

Иными словами, применительно к телам, можно сказать, что теплопроводность - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым его участкам вследствие теплового движения и взаимодействия частиц. Помимо теплопроводности теплота может передаваться конвекцией и излучением.

Конвекция - это процесс теплопередачи, при котором энергия переносится самими струями жидкости или газа. Конвекция может происходить ТОЛЬКО в жидкостях или газах.

Конвекция, происходящая без вмешательства извне, называется естественной, если же неоднородно нагретую массу газа или жидкости перемешивать с помощью насоса или вентилятора, то происходит вынужденная конвекция.

Излучение - особый вид передачи энергии за счет электромагнитных колебаний. Тепловое излучение происходит в диапазоне инфракрасного спектра.

В практике перевозки сжиженных газов теплопроводность материалов используется при расчете изоляции грузовых танков.

Расчет изоляции грузовых танков.

Для расчетов притока теплоты через изоляцию грузовых танков, мы воспользуемся следующей формулой:

Q = / A (T₁ - T₂),

где (м) - толщина изоляции;

Как видим, приток тепла через переборку танка будет на несколько порядков выше, чем приток тепла через 10 см слой изоляции. Правда этот расчет не является реалистичным, поскольку на практике мы не сталкиваемся с тем, чтобы вся изоляция танка отвалилась. Даже в таком, гипотетическом случае, на внешней поверхности танка будет образовываться слой льда, который будет выполнять роль своего рода изолирующего материала. В этом случае приток тепла в танк будет значительно ниже.

Свойства СПГ

Физические свойства и состав СПГ.

Природный газ, это смесь углеводородов, которая после сжижения образует чистую без цвета и запаха жидкость. Такой СПГ обычно транспортируется и хранится при температуре близкой к точке его кипения при атмосферном давлении, - приблизительно -160С.

В реальности состав СПГ различен и зависит от источника его происхождения и процесса сжижения, но основной компонент это конечно метан. Другими составляющими могут быть, - этан, пропан, бутан, пентан и возможно небольшой процент азота.

Типичный состав СПГ указан в таблице 1, а физические свойства составляющих в таблице 2. Для инженерных расчетов, конечно, берутся физические свойства метана, но для передачи, когда требуется точный подсчет тепловой ценности и плотности, - учитывается реальный композитный состав СПГ.

Таблица 1. Физические свойства СПГ

Таблица 2. Составляющие СПГ.

Во время морского перехода, тепло передается СПГ через изоляцию танка, вызывая испарение части груза, так называемое выкипание. Состав СПГ изменяется за счет выкипания, так как более легкие компоненты, имеющие низкую температуру кипения, испаряются первыми. Поэтому, выгружаемый СПГ имеет большую плотность, чем тот, который грузился, ниже процент содержания метана и азота, но выше процент содержания этана, пропана, бутана и пентана.

Предел воспламеняемости метана в воздухе (21% О2) приблизительно от 5.3 до 14% по объему. Для уменьшения этого предела, перед началом погрузки воздух удаляется из танков при помощи азота до содержания кислорода 2%. В теории, врыв не произойдет, если содержание кислорода в смеси ниже 13% по отношению к процентному содержанию метана. Для безопасности, на практике, инертизация продолжается пока содержание кислорода не будет ниже 2%. Причина этого будет объяснена позже.

Выкипевший пар СПГ легче, чем воздух при температуре -110С, или выше,- зависит от состава СПГ. В связи с этим, пар будет стремиться уйти вверх над мачтой и быстро рассеиваться. Когда холодный пар смешан с окружающим воздухом, смесь пар/воздух будет хорошо видна как белое облако из-за конденсации влаги в воздухе. Обычно принято считать, что предел воспламеняемости смеси пар/воздух не распространяется слишком далеко за пределы этого белого облака.

Температура самовоспламенения метана, то есть минимальная температура нагрева газа, при которой он самовоспламеняется без постороннего источника открытого огня, - 595С.

Критическая температура метана - 82.5С, а критическое давление 43 бар абс.

Температура кипения метана увеличивается при увеличении давления, и это изменение показано на диаграмме для чистого метана. Это давление конечно выше, чем при перевозке метана на судне. Присутствие тяжелых компонентов в СПГ увеличивает температуру кипения для заданного давления. Отношение между температурой кипения и давлением СПГ будет приблизительно следовать параллельно линии чистого метана.

Плотность паров метана значительно меняется в зависимости от температуры, и при температуре около -100С она равна плотности воздуха (при плотности воздуха 1.27 кг/м3 при 15С).

Характеристики СПГ. Воспламеняемость смеси метана, кислорода и азота

При любых операциях на судне, перевозящем СПГ, недопустимо смешивание метана и воздуха. Отношение между газом и воздухом в смеси и воспламеняемостью возможных комбинаций метана, воздуха и азота показано на диаграмме 1.

Диаграмма 1. Воспламеняемость смеси метана, кислорода и азота

Вертикальная ось A-B представляет смесь кислорода и азота без метана, в пределах от 0% кислорода (100% азота) в точке А, до 21% кислорода(79% азота) в точке В, которая представляет собой атмосферный воздух.

Горизонтальная ось А-С представляет собой смесь метана и азота без кислорода, в пределах от 0% метана(100% азота) в точке А и 100% метана в точке С (0% азота).

Каждая точка диаграммы в треугольнике АВС представляет собой смесь всех трех компонентов, - метана, азота и воздуха, каждые в своей пропорции к общему объему.

Эти пропорции могут быть сняты с диаграммы в любой точке. Для примера точка D:

Метан: 6% по шкале А-С

Кислород: 12.2 % по шкале А-В

Азот: 81.8 как остаток

Диаграмма состоит из трех главных секторов.

1. Зона воспламеняемости EDF, каждая точка внутри этой зоны представляет собой горючую смесь.

2. Зона HDFC. Любая смесь компонентов представленная точкой внутри этой зоны способна формировать горючую смесь с воздухом, но содержит слишком много метана, чтобы воспламениться без него.

3. Зона ABEDH. Любая смесь компонентов представленная точкой внутри этой зоны не способна формировать горючую смесь при смешивании с воздухом.

Использование диаграммы

Предположим, что точка Y на оси кислород-азот соединена с точкой Z на оси метан-азот прямой линией. Если смесь кислород-азот в точке Y смешать со смесью метан-азот в точке Z, смесь, полученная в результате, будет представлена точкой X, которая, двигаясь от Y к Z, будет добавлять количество смеси Z. В этом примере точка Х, представляющая изменение состава, проходит через зону воспламенения EDF, то есть когда содержание метана в смеси между 5.5% в точке М, и 9.0% в точке N.

Применяя это к процессу инертизации грузового танка перед охлаждением, предполагаем, что танк наполнен воздухом, точка В. Азот добавляется до тех пор, пока содержание кислорода не уменьшится до 13% , точка G. Добавление метана, изменит состав смеси вдоль линии GDC, которая не проходит через зону воспламенения, но почти касается ее в точке D. Если содержание кислорода еще уменьшить, перед добавлением метана, до любой точки между 0% и 13%, то изменение смеси добавлением метана никогда не пройдет через зону воспламенения. Поэтому теоретически необходимо добавлять азот в танк до уменьшения содержания кислорода в нем до 13%. Однако, на практике, содержание кислорода уменьшается до 2%, так как достичь полностью равномерной смеси в танке не возможно.

Когда танк наполненный метаном, начинают заполнять азотом, перед продувкой воздухом, необходимо выполнить похожую процедуру. Предположим, что азот добавляется в танк содержащий метан в точке С, до содержания метана 14% в точке Н. При добавлении воздуха, состав смеси будет двигаться по линии HDB, которая касается зоны воспламенения в точке D, но не проходит через нее. По тем же причинам, что были изложены выше, содержание метана в танке понижается до 5%, так как на практике, равномерная смесь метана и азота может не получиться.

Процедуры для избегания прохождения через зону воспламенения можно подытожить следующим образом:

1. Танки и трубы, содержащие воздух должны быть продуты азотом перед метаном до содержания кислорода в них не более 5% или ниже.

2. Танки и трубы, содержащие метан, должны быть продуты азотом перед воздухом до содержания метана в них не более 5% или ниже.

Для этих целей на судне должен быть OXIMETR & TANKSCOPE.

Дополнительные характеристики. Разлив в воду

· Кипение метана очень быстрое, из-за большой разницы в температурах воды и жидкого метана.

· СПГ быстро распространяется на большую площадь, что ведет к огромной скорости испарения, до тех пор, пока оно не закончится(Rapid Phase of Transition RPT).

· Сплошной слой льда не формируется.

· При некоторых условиях, при концентрации метана менее 40%, возможны беспламенные взрывы при соприкосновении с водой. Это является результатом пограничного феномена, когда СПГ местами сильно перегревается, до начала быстрого кипения. Однако, коммерческий СПГ содержит большее количество метана чем 40%, и потребуется некоторое время, до достижения такой концентрации.

· Взрывоопасное облако СПГ и воздуха может простираться на большие дистанции понизу, при отсутствии топографических препятствий, которые создают турбулентность, так как только при температуре - 100С метан легче воздуха.

Облака пара

1. Если не произошло мгновенного воспламенения разлива СПГ, формируется облако пара. Оно длинное, тонкое, сигарообразное и при некоторых метеоусловиях может пройти значительное расстояние, пока концентрация уменьшится до безопасных пределов. Это очень важно, так как при воспламенении огонь распространяется в направлении источника разлива. Холодный пар тяжелее воздуха, и поэтому вначале стелется по поверхности. Рассеивание облака напрямую зависит от погодных условий.

2. Особая опасность исходит от облака СПГ когда оно воспламеняется. Выделяется огромное количество теплоты. Вызванные этим ожоги летальны для людей оказавшихся внутри облака или вблизи его. Даже на некотором расстоянии от этого огненного шара люди страдают от тепловой радиации.

Реактивность

При больших концентрациях метан приводит к удушению. Метан это насыщенный, предельный углеводород, очень летучий, нерастворимый в воде и поэтому не является сильным загрязнителем воды и воздуха. Из ряда алканов. При высоких температурах и под воздействием ультрафиолетового излучения вступает в реакцию с галогенами, такими как хлор, бром и т.д. Хлорметан используется в холодильной промышленности. При определенной температуре и давлении могут образовываться гидраты, физическое соединение с водой.

Криогенные температуры

Контакт с СПГ или материалами, охлажденными до его температуры, около -160С, уничтожает все живое.

Большинство металлов теряют свою гибкость при таких температурах. СПГ может вызвать хрупкий разлом (BRITTLE FRACTURE)многих металлов. В случае разлива СПГ на палубу судна, высоко термальное напряжение, генерируемое ограниченной возможностью стального листа сжиматься, приводит к его разрушению.

Поведение СПГ в грузовом танке

1. При погрузке в грузовые танки, давление в паровой фазе поддерживается предельно постоянным, немного выше атмосферного давления.

2. Внешнее тепло, проходящее через изоляцию танка, генерирует восходящие потоки внутри жидкого груза, подогретый СПГ поднимается наверх и кипит.

3. Тепло, необходимое для испарения исходит из СПГ и пока происходит постоянный отток пара для поддержания давления, СПГ остается при температуре кипения.

4. Если давление пара уменьшить откачиванием большего количества, чем выкипает, - температура СПГ уменьшится. Для того, чтобы сделать давление эквивалентное его температуре, кипение СПГ усиливают, тем самым, увеличивая передачу тепла от СПГ пару.

5. СПГ это смесь нескольких компонентов с различными физическими свойствами, в частности способностью испарения,- более легкие фракции испаряются быстрее. Пар, производимый в процессе кипения, содержит большее количество легких составляющих, чем СПГ.

6. Характеристики СПГ, температура кипения, плотность, тепловая ценность имеют тенденцию к увеличению во время рейса.

Свойства азота и инертного газа

Азот

Азот используется для заполнения изоляционных пространств, для продувки грузовых труб, тушения пожара в вентиляционной мачте и для герметизации газовых компрессоров.

На судах, где имеется установка повторного сжижения метана, азот используется как охлаждающий агент.

Он производится либо испарением жидкого азота, доставляемого с берега, либо при помощи судовых генераторов азота, принцип действия которых основан на фильтрации азота и кислорода из воздуха при помощи мембран или фильтров.

Физические свойства азота

Азот наиболее распространенный газ в природе, так как его содержание в атмосфере около 79%.

При комнатной температуре, азот без цветный и без запаха газ. Его плотность близка к плотности воздуха, 1.25 кг/м3 при стандартных условиях.

Жидкий азот имеет температуру -196С при атмосферном давлении, плотность 810 кг/м3 и теплоту испарения 199 кдж/кг.

Характеристики азота

Химические свойства

Азот, - это инертный газ, не горит и без химической активности. Однако при высоких температурах может вступать в реакцию с другими газами и металлами.

Опасности

Обладает удушающим эффектом. В жидком состоянии при температуре -196С уничтожает все живое. Разлив на палубу или конструкции судна ведет к тем же эффектом, что и СПГ. Теряется гибкость.

Инертный газ (IG)

Инертный газ используется для уменьшения содержания кислорода в грузовой системе, танках, трубопроводах и компрессорах, для предотвращения образования смеси воздух/метан перед вентиляцией воздухом после подогрева и т.д.

Инертный газ производится на борту судна при помощи установки инертного газа, сжигая газойль с низким содержанием серы. Точка росы желательно - 45С.

Характеристики инертного газа.

Инертный газ немного тяжелее воздуха, - 1.35 кг/м3 при 0С. Обладает удушающим эффектом.

Опасность низких температур для металла, меры безопасности

Обычная сталь подвержена хрупкому излому при низких температурах. Такие повреждения могут быть катастрофическими, так как хрупкую сталь можно повредить без особых усилий. Обычная углеродистая сталь может потерять свою гибкость при температурах до -50С, поэтому их использование для температур -160С невозможно.

Диаграмма 2. показывает, как изменяется энергия разрушения стального прута в зависимости от температуры.

Диаграмма 2. Изменение энергии разрушения от температуры

Поэтому, в конструкциях судов для перевозки СПГ применяются специальные материалы, которые не теряют своих прочностных характеристик при низких температурах. Это ИНВАР (36% никель-железо сплав), аустенитная нержавеющая сталь, 9% никелевая сталь, сплавы алюминия, такие как 5083 сплав.

Все эти материалы сохраняют свои прочностные характеристики при низких, -162С температурах, и противостоят даже перегрузкам, сохраняя свои непроницаемость.

Для избежания хрупкого излома обычных сталей, должны быть приняты соответствующие меры для предотвращения контакта СПГ или азота с ними.

Дополнительно, должно иметься специальное оборудование на случай утечки СПГ или азота. Районы манифолдов оборудованы поддоном, из специальной стали, который при разливе не дает распространиться низкотемпературной жидкости, и существует возможность дренировать эту жидкость за борт. Судно в районе манифолда оборудовано водяной завесой, работающей от пожарного насоса. Пожарный насос должен быть всегда под давлением и водяная завеса в действии при любых грузовых операциях.

Дополнительно, пожарные шланги должны быть проложены к каждому куполу, для обработки любой маленькой утечки из клапана или фланца. Постоянные поддоны должны быть установлены под оборудованием, которое наиболее вероятно может создать проблемы и переносные поддоны должны быть готовы для немедленного использования в случае возможных утечек.

Во время любых перемещений груза, и особенно во время погрузки/выгрузки, должен быть организован постоянный обход на палубе для своевременного обнаружения утечки.

В случае разлива или утечки, водяной спрей должен быть направлен в это место для рассеивания и испарения жидкости, а главное для защиты обычной стали. Утечка должна быть ликвидирована, при необходимости даже остановив грузовые операции.

В случае большого разлива или утечки, грузовые операции должны быть остановлены немедленно, объявлена тревога и включено палубное орошение.

Глава 5. Процесс погрузки метана

газовоз транспортировка природный газ метан

Рассмотрим перевозку сжиженного природного газа, а также грузовые операции на примере газовоза LNGC EXCALIBUR

5.1 Заполнение азотом первичного и вторичного пространств изоляции

Инертизация пространств первичной и вторичной изоляции

Первое и второе изоляционное пространство заполняется сухим азотом и автоматически управляется при помощи предохранительного клапана и клапана наполнения, в зависимости от атмосферного давления и температуры, в пределах 0.2 - 0.4кРа выше атмосферного.

Сухой азот используется в следующих целях:

1. Предотвращение формирования огнеопасной смеси в случае утечки СПГ

2. Облегчить обнаружение утечки СПГ в барьерное пространство

3. Предотвратить коррозию.

Азотный генератор работает в автоматическом режиме и при остановке его, автоматически запускается второй генератор.

В случае, когда другие нужды уменьшат поступление азота в изоляционные пространства, давление может временно упасть ниже атмосферного. Это не опасно, так как разница в давлениях первого и второго пространства не превысит 3.0кРа.

Когда понижение давления в первом пространстве по отношению ко второму достигнет 3.0кРа, оба пространства должны быть немедленно сообщены, и это делается вручную.

При соединении пространств и одинаковом давлении, оба пространства могут выдержать значительное понижение давления без повреждений.

Даже при полностью погруженных танках, и давлении в первом пространстве, менее атмосферного давления , - не опасно для первичной мембраны, так как допустимый вакуум -80кРа манометрический, делается при общем тестировании во время строительства и при продувке пространств.

Проверка во время эксплуатации

Классификационные общества требуют, чтобы мембранные танки проверялись регулярно.

Следующие рекомендации и предосторожности необходимо выполнять при тестировании первичной и вторичной мембраны.

Все измерительные устройства, которые могут быть повреждены, должны быть изолированы перед тестом. Барьерное пространство должно быть постоянно защищено от превышения давления, которое может привести к повреждению мембраны.

Метод проверки надежности барьеров

Каждое меж барьерное пространство оборудовано системой обнаружения газа, которое проводится в интервале 30 минут. Любое повышение концентрации газа при постоянной скорости подачи азота, свидетельствует о повреждении первичной мембраны. Это говорит о том, что эффективность первичной мембраны находится под постоянным контролем, и нет необходимости проводить специальный тест. Тем не менее, каждая первая мембрана может быть проверена методом, который применяется для второй мембраны.

Для проверки эффективности второй мембраны, проводится общая проверка непроницаемости, которая повторяет эквивалентный тес, выполняемый при постройке судна.

Процедура теста

1. Уменьшите давление в меж барьерном пространстве позади мембраны, которая должна быть проверена, до 20кРа абс.

2. После стабилизационного периода, около 8 часов, замеряйте при помощи высокоточного устройства изменение вакуума в течении 24 часов.

3. Из полученных результатов, выберете 10 последовательных часов, в течении которых изменение температуры вокруг тестируемой мембраны минимальны.

4. Допустимый предел изменения вакуума в пространстве определяется по формуле:

(Р2-Р1) / е < 0.8,

где е = ширина пространства в метрах позади мембраны.

Общий тест во время эксплуатации

Общий тест делается либо во время профилактики, либо когда грузовые танки подогреты и свободны от газа.

Для избежания сомнительных результатов, возникающих из-за утечки из оборудования соединенного с меж барьерными пространствами, то есть клапана, предохранительные клапана и т.д., их воздействие должно быть тщательно проверено и при необходимости они должны быть отсоединены, а отверстия закрыты заглушками, чтобы защитить пространства от любого давления.

Проверка второй мембраны

1. Давление во втором пространстве уменьшаем до 20кРа, а в первом пространстве делаем небольшой вакуум -10кРа

При таких условиях вторая мембрана с одной стороны подвержена влиянию атмосферного давления в первом пространстве, с другой стороны пониженному давлению со стороны второго пространства.

2. Замеры изменения вакуума выполните по процедуре проверки второй мембраны 2,3,4.

Несмотря на предосторожности для предотвращения утечек из оборудования, очень важно проверить, а изменение вакуума второго пространства (ИДВП), соответствует уменьшению давления в первом пространстве (ИДПП)? Если нет, то возможна внешняя протечка, которая должна быть обнаружена и отремонтирована до следующего теста.

При сравнивании ИДВП и ИДПП необходимо принимать во внимание объемы этих пространств.

ИДПП = (ИДВП х Шв) / Шп,

где ИДПП = изменение давления в первом пространстве

ИДВП = изменение давления во втором пространстве

Шв = ширина второго пространства

Шп = ширина первого пространства

Процедура проверки первой мембраны

Давление первого и второго барьерного пространства уменьшить до 20кРа одновременно при их соединении, для избежания разрушения второй мембраны из-за более высокого давления, чем в первом пространстве.

Изолировать пространства и выполнить процедуру изменения вакуума только в первом пространстве.

При этих условиях, первая мембрана подпирается с одной стороны атмосферным давлением, существующим в грузовом танке, а с другой стороны уменьшенным давлением в первом пространстве.

Если обе стороны второй мембраны в одинаковом давлении, то не будет никакого потока через прокол в мембране, поэтому измеренное изменение вакуума покажет проницаемость только первой мембраны.

Изменение температуры или барометрического давления может привести превышению допустимой разницы 3.0кРа давлений в изоляционных пространствах, если они заглушены. При неисправностях грузовой системы и при инертизации, всегда поддерживайте давление в первом пространстве равным или ниже давления в танке и всегда поддерживайте давление во втором пространстве равным или меньше давления первого пространства. Серьезные повреждения мембран могут произойти, если разница в давлениях превысит 3.0кРа.

5.2 Операции при вводе в эксплуатацию

Первоначальная инертизация пространств изоляции

После постройки или докования, необходимо заменить влажный воздух окружающей среды в изоляционных пространствах сухим азотом. Это достигается при помощи вакуумных насосов, которые зачищают меж барьерные пространства. Затем они заполняются азотом, до тех пор, пока содержание кислорода не станет менее 2 %. Эта процедура занимает около 8 часов, и требуется приблизительно 3 цикла откачки - заполнения.

Для избежания повреждения второго барьера, никогда не зачищайте первое меж барьерное пространство, при наличии давления во втором пространстве, и никогда не заполняйте второе пространство азотом, если первое пространство под вакуумом.

Перед наполнением азотом, пространство откачивается до 20кРа абс. Эта процедура может также использоваться для проверки целостности барьеров во время периодического теста.

Для первоначального заполнения использование жидкого азота с берега. В этом случае, жидкий азот подается через жидкостной манифолд, а затем, по зачистной линии на испаритель СПГ, где он испаряется и, с температурой около +20С, поступает в меж барьерные пространства.

В этом случае судовые генераторы азота не используются, так как требуется большое количество азота.

Осушение танков

Перед вводом в эксплуатацию, после докования или инспекции, грузовые танки должны быть осушены. Это делается для того, чтобы избежать формирования льда при охлаждении, а также избежать образования агрессивных веществ, в случае если влага соединится с некоторыми компонентами инертного газа, такими как окислы серы и азота.

Осушка танков производится сухим воздухом, который производит установка инертного газа без процесса сжигания топлива. Сухой воздух подается по грузовой линии на низ танка. Воздух выходит через паровую линию на вентиляционную мачту.

Эта операция может занять около 20 - 24 часов для уменьшения точки росы до - 20С.

Эта температура поможет избежать формирования агрессивных агентов.

Процедура инертизации танков

Инертный газ, с содержание кислорода менее 1 % и точкой росы -45С производится установкой инертного газа. Колодцы аварийных насосов должны быть продуты азотом пред инертизацией грузовых танков. Обязательно нужно инертизировать все жидкостные и паровые линии. Если этого нельзя сделать при помощи ИГ, то они должны быть продуты азотом. В ожидании продувки метаном, грузовые танки могут находиться под инертным газом довольно продолжительное время. Необходимо поддерживать небольшое избыточное давление внутри танков около 2кРа выше атмосферного, а для избежания утечки держать все клапана закрытыми.

Необходимо помнить, что инертный газ и азот приводят к удушью. Безопасность персонала вовлеченного, в процедуры инертизации должна быть обеспечена тщательным образом.

Заполнение грузовых танков природным газом

Перед погрузкой, необходимо произвести замену инертного газа на метан, так как при охлаждении, углекислый газ, входящий в состав инертного газа замерзает при температуре -60С и образует белый порошок, который забивает форсунки, клапана и фильтры.

Во время продувки инертный газ замещается теплым газообразным метаном. Это делается для того, чтобы удалить все замерзающие газы и закончить процесс осушки танков.

СПГ подается с берега через жидкостной манифолд, где он поступает в зачистную линию. После чего он подается на испаритель СПГ и газообразный метан при температуре +20С

Поступает по паровой линии нВ верх грузовых танков.

В начале операции, трубопроводы и испаритель заперты паром, и пока жидкость достигнет испарителя, можно использовать распылительную линию и распылять пар в танк.

Пар СПГ легче инертного газа, который выходит через грузовую линию на вентиляционную мачту.

Когда 5% метана (процент зависит от конкретного порта) определится на входе в мачту, выходящий газ направляется через компрессоры ВП на берег или на котлы через линию сжигания газа.

Эта операция может быть проведена без компрессоров, - вопрос противодавления, или при помощи одного компрессора или двух в серии. Если возможно, лучше не использовать компрессоры, так как это создает турбулентность в грузовых танках.

Операция считается завершенной, когда содержание метана, замеренное на верху грузовой линии, превысит 80 % от объема.

Необходимые концентрации для азота и инертного газа СО2 равны или менее чем 1 %.по объему. Эти требования должны быть сравнены и согласованы с требованиями берега. Такая концентрация, как правило, достигается двумя обменами.

После заполнения метаном, грузовые танки необходимо охладить.

Возможны случаи, когда необходимо произвести заполнение одного или двух грузовых танков во время перехода. В этом случае, жидкость подается на испаритель СПГ при помощи насоса зачистки, который откатывает часть жидкости из другого грузового танка.

Местные правила могут запретить вентиляцию в атмосферу, и потребовать, чтобы весь газ поступал на береговые устройства.

Охлаждение грузовых танков

Операция охлаждения начинается сразу же после операции заполнения метаном. Для этого использует СПГ подаваемый с берега.

Скорость охлаждения ограничивается по следующим причинам:

Для избежания чрезмерных нагрузок на башни насосов

Образование пара не должно превышать способность компрессоров ВП поддерживать давление в танках 7кРа (108.5кРа абс.).

Соответствовать способности системы азота поддерживать необходимое давление в первом и втором межбарьерных пространствах.

Если не указано иначе, конструкция таких танков не является большим препятствием для скорости охлаждения по вертикальному термальному расширению.

Жидкость поступает через грузовой манифолд на линию распыла, и затем в грузовые танки. Как только охлаждение танков закончено, жидкость переключается на грузовую линию для ее охлаждения. Охлаждение танков считается законченным, когда средняя температура, за исключением двух верхних датчиков, каждого танка достигает - 130С или ниже.

При достижении этой температуры и наличии уровня жидкости в танке, начинается погрузка.

Пар, образующийся во время охлаждения возвращается на берег при помощи компрессоров ВП или самотеком через паровой манифолд.

Во время охлаждения, подача азота в меж барьерные пространства увеличивается. Необходимо поддерживать скорость охлаждения такой, чтобы азотная система справлялась с удержанием давления в изоляционных пространствах между 0.2 - 0.4кРа.

По окончанию охлаждения и в начале погрузки, температура мембраны будет равной температуре жидкости и потребуется несколько часов для установления градиентов скорости охлаждения меж барьерных пространств.

Охлаждение грузовых танков от +40С до -130С за период чуть больше 10 часов потребует испарения около 800 м3 СПГ. При средней скорости охлаждения танка 30С в час за первые 4 часа, это будет соответствовать средней скорости охлаждения 12С - 13С в час для второго барьера и даст приблизительно через 8 часов температуру - 80С.

Рекомендуемая скорость охлаждения около 20С в час первые пять часов и 10С - 15С ы последующие часы.

5.3 Балластный переход

Характеристики танков Газ Транспорт таковы, что при наличии небольшого количества жидкости внизу, температура вверху танка остается довольно долго около -50С. Однако, если балластный переход слишком долгий, легкие фракции испаряются, а на дне остаются только тяжелые фракции нефтяных газов с высокой температурой и большой плотностью, которая затрудняет откатку. Этот факт оператор должен принимать во внимание, оставляя жидкость на длинном переходе.

По характеристикам мембраны, погрузку можно начинать теоретически и без охлаждения. Однако для уменьшения парообразования термального стресса тяжелым конструкциям, таким как башня насоса, погрузка начинается только при охлажденных танках.

Сохранение охлажденных танков во время балластного перехода

Различные методы используются для сохранения холода

А) Для коротких рейсов достаточное количество СПГ оставляется в танках на коней выгрузки. Уровень не должен превышать 10 % от длины танка и количество может быть подсчитана, принимая во внимание выкипание со скоростью приблизительно 45 % выкипания во время перехода в грузу и прибытием в порт погрузки с минимальным уровнем жидкости во всем танке 10 см. на ровном киле.

Требование СПГ терминала

Требуемая температура прибытия (ТТП) = (Сумма 4 темп. за исключение 2 верхних)/4 < -130C.

При более высокой температуре необходимо охлаждение у причала.

В) Три следующих метода возможны и их выбор будет зависеть от состояния судна.

1. Охлаждение танков производится при помощи СПГ, подаваемого с берега.

2. Охлаждение танков непосредственно перед приходом в порт. Так как после выгрузки остался груз в одном из танков, подразумевая, что он не превышает 10 % от длины судна (из-за плескания груза). Количество его согласно условиям пункта А.

3. Поддержание температуры танков периодическим разбрызгиванием остатка СПГ во время рейса так, чтобы средняя температура на приход была не более -130С. Как и в предыдущем случае, остаток СПГ держится в одном из танков, а его количество удовлетворяет условиям пункта А.

Очевидно, что эта система производит гораздо большее количество выкипа, чем первая.

Количество СПГ , оставляемого на борту для охлаждения должно быть тщательно подсчитано и с запасом, для избежания ситуации в середине рейса, когда остатки будут слишком тяжелыми для насосов.

Экономия бункера, является важным показателем в работе любого судна. Только в тесном сотрудничестве и взаимодействии всех членов команды управления можно достичь того, чтобы как можно больше выкипевшего СПГ было использовано в судовых котлах, тем самым, сэкономив топливо.

Если задержка в порту погрузки увеличивается, то остаток груза будет постепенно уменьшаться, и газа для котлов будет становиться все меньше и меньше.

Сжигание должно быть остановлено, так как давление в танке будет уменьшаться, а температура расти. Степень естественного выкипания зависит от временного фактора, рейса и погоды.

Из-за разности в энергоемкости мазута и газа, нагрузка машины при смене топлива, должна строго контролироваться для избежания перегруза котлов.

После ремонта, первый балластный переход будет происходить только на мазуте.

Обычно, для судов СПГ с танками мембранного типа, охлаждение грузовой линии не требуется. Но оператор должен всегда следовать указаниям, полученным от продавца и покупателя.

Плескание груза

Исходя из предыдущего опыта, модельных испытаний и компьютерного анализа, современные танки Газ Транспорт сконструированы с минимальным риском плескания груза. Судовые танки сконструированы так, чтобы ограничить силу удара жидкости. Они также обладают значительным запасом прочности. Тем не менее, экипаж должен всегда помнить о потенциальном риске плескания груза и возможных повреждений танка и оборудования в нем.

Для избежания плескания груза, необходимо поддерживать нижний уровень жидкости не более 10 % от длины танка, а верхний уровень не менее 70 % от высоты танка.

Следующая мера для ограничения плескания груза, это ограничить движение судна (качка) и те условия, которые генерируют плескание. Амплитуда плескания зависит от состояния моря, крена и скорости судна.

Смена балласта

Смена балласта должна проходить строго в соответствии с Планом управления балластом и в строго определенной последовательности. Все требования конвенции по балластным водам должны соблюдаться. Необходимо документировать все операции с балластом и эти записи должны быть равноценны как в машинном журнале, в журнале операций с балластом, так и в судовом журнале.

5.4. Погрузка

Подготовка к погрузке

Все операции по погрузке груза контролируются и осуществляются из ПУГО. Погрузка груза и одновременная отдача балласта осуществляются совместно при выполнении следующих условий:

1. Грузовые танки заполняются с одинаковой скоростью

2. Крен и дифферент контролируются балластными танками

3. Загрузка танков осуществляется до уровней указанных в грузовых таблицах

4. Во время окончания погрузки, судно должно иметь дифферент не более 1 метра на корму, но если возможно, - ровный киль.

5. Во время погрузки судно может быть отдифферентовано до максимально разрешенной терминалом осадки для облегчения отдачи балласта.

6. Продольная прочность и остойчивость судна, определяемые грузовым компьютером, должны все время находится в безопасных пределах.

Помощник, отвечающий за грузовые операции, должен находиться в ПУГО во время грузовых операций. Вахта на палубе требуется для обычных проверок и/или в случае аварийной ситуации, которая выполняется во время грузовых операций. Постоянная связь между терминалом и ПУГО должна быть установлена во время всей операции.

Все время, когда судно загружено СПГ и особенно во время грузовых операций требуется следующее:

1. Система поддержания давления в меж барьерных пространствах должна быть в работе с автоматическим контролем давлений

2. Вторая система измерения уровней должна находится в постоянной готовности.

3. Система регистрации и тревоги для грузовых барьеров и структуры двойного корпуса должны быть в работе

4. Система обнаружения газа должна быть в постоянной работе.

5. Обычно во время погрузки, пар возвращается на терминал через судовые или береговые компрессоры. Давление пара СПГ в судовой системе регулируется изменением потока при помощи компрессора.

6. Паровые клапана на грузовых танках во время погрузки должны быть полностью открыты.

7. Вентиляционная мачта должна быть всегда готова для использования.

Охлаждение грузовых линий

После сообщения на терминал о готовности погрузки СПГ и открытия быстрозапорного клапана на манифолде, в течение приблизительно 15 минут, терминал грузит судно с минимальной скоростью для охлаждения своего стендера и судового трубопровода.

Немного увеличьте скорость погрузки, до тех пор, пока жидкостная и распылочная линия не охладятся, - это займет около 15 - 20 минут.

Во избежание возможное переполнение трубопровода, жидкостная линия и распределитель должны быть охлаждены и заполнены как можно быстрее.

По завершению охлаждения грузового стендера можно выходить на полную скорость погрузки.

Держите открытой линию зачистки на каждом танке для избежания высокого давления из-за подогрева линии.

Поддерживайте давление в танке 5.0кРа манометрического.

Помните, что устройства аварийной остановки не являются средствами окончания погрузки.

Перед окончанием первого танка уменьшите скорость погрузки и продолжайте ее уменьшение по мере заполнения и закрытия танков. Обязательно оставьте некоторое пространство для дренирования берегового стендера и судовой линии в одном из танков.

После дренирования продувка линий осуществляется азотом.

Береговой стендер опресовывается азотом до давления 200 - 300кРа.

Операцию продувки осуществить до полного осушения манифолда. Продувка жидкостной линии осуществляется до 50 % НПВ на выходе вентиляции.

5.5 Переход в грузу со сжиганием и сжижение пара

Переход с нормальным сжиганием газа

Во время морского перехода, выкипевший пар, сжигается в судовых котлах. Операция контролируется из ПУГО и ЦПУ. Если по каким либо причинам, пар не может быть использован, или его слишком много, то он подается на вентиляционную мачту.

Выкипевший пар через паровую линию подается при помощи компрессора НП на подогреватель выкипа. Подогретый газ подается на котлы с температурой +25С. Система регулируется потребностью в газе котлом и давлением в танке. Система сжигания построена с расчетом сжигания всего выкипа при полном грузе и поддержания установленного давления в танке.

Система контроля пара для турбины устроена таким образом, что в котлах сжигается весь выкипевший пар, даже когда судно стоит. Это достигается стравливанием излишка пара из котлов.

При нормальных условиях клапан регулировки подачи выкипевшего газа устанавливается в позицию 60 %, так как это дает 90 % полной паропроизводительности котлов. Регулятор давления в танке устанавливается в пределах 104 и 109кРа абс.

Переход с форсированным сжиганием газа

При использовании форсированного сжигании газа необходимо рассмотреть экономическую сторону вопроса, - что лучше использовать мазут или газ.

При переходе с грузом и необходимостью использовать больше газа, - можно использовать форсированное испарение СПГ. Такая операция, называемая форсированный выкип используется, когда возникает необходимость использовать как топливо только газ.

Переход со сжижением пара (УПСГ для метана)

Kvaerner Masa-Yards начала строительство Moss-type LNG газовозов, которые значительно улучшили экономические показатели, стали почти на 25 % экономичнее. Это новое поколение газовозов позволяет:

1.Увеличить грузовое пространство с помощью сферических расширенных танков.