Конструктивные особенности газовозов.

Перевозка газа морем таит в себе опасность пожара, взрыва, токсического воздействия на человека и окружающую среду, коррозионного разрушения корпусных конструкций, а также опасности, связанные с низкой температурой и повышенным давлением груза.

Поэтому в целях безопасности людей и защиты окружающей среды ИМО (Газовый Кодекс), Национальные Классификационные организации регламентируют проектные решения и конструктивные нормы по созданию судов, перевозящих сжиженные газы и некоторые опасные вещества наливом.

В зависимости от потенциальной опасности перевозимого груза определяется класс: «Газовоз I», «Газовоз II», «Газовоз III», «1G», «2G», «2PG» и «3G».

«Газовоз I», «1G» - этот класс определяет перевозку наиболее опасных грузов для окружающей среды и всего живого: бромистый метил, хлор, двуоксид серы, этилен оксид.

«Газовоз II» - менее опасные вещества: NH₃, нефтяные газы, винил хлорид, этилен, метан и т.д.

«Газовоз III» - нетоксичные и не воспламеняющиеся газы: азот, фреоны.

Большинство перевозимых сжиженных газов имеют плотность примерно равную половине плотности воды, поэтому конструктивно газовозы представляют собой суда с высоким надводным бортом и сравнительно небольшой осадкой. Эти особенности, совместно с воздействием свободной поверхности жидкого груза, требуют повышенного внимания к остойчивости судна.

Использование специальных конструкционных материалов, наличии на судне специальных систем (УСГ, СИГ и т.п.) приводит к тому, что газовозы становятся одними из самых дорогих транспортных средств. Стоимость одного серийного газовоза водоизмещением 97 т.т. Со сферическими вкладными танками почти втрое больше, чем стоимость танкера такого же водоизмещения.

Все суда – газовозы можно разделить на различные группы в зависимости от вида груза, от температуры и давления поддерживаемых в грузовых танках.

1. Газовозы напорного типа, перевозящие сжиженный газ под давлением, т.е. давление в танках зависит от температуры окружающей среды. Обычно они выдерживают давление до 17,5 бар (что соответствует температуре насыщенных паров пропана +55°С и аммиака +45°С).

2. Суда полунапорного типа – так называемые semi-pressurised ships, т.е. суда, перевозящие газ при небольшом давлении и охлаждении. Охлаждение может быть полным ( fully refrigerated) и неполным.

3. Газовозы полные рефрежераторы, т.е. перевозящие сжиженный газ при атмосферном давлении.

Первые перевозки газа морем начались еще в 30–х годах. Регулярные перевозки - в 60-х. Первый специально спроектированный газовоз построен в Швеции в 1953 году – «Расмус Толстроум», д.в. = 445 т. Первый специально построенный метановоз «Метан Пионер» доставил из США в Англию в 1959 году 2000 т. метана.

Первый газовоз рефрижераторного типа был построен в 1961 году.

В СССР история газовозов такова:

В 1959-60 годах на танкерах типа «Казбек» - на «Фрунзе» и «Владимире» были установлены железнодорожные цистерны для перевозки аммиака и начали перевозить из Одессы (с 1-го причала) аммиак на Кубу.

В 1965 году в Японии для Латвийского пароходства были построены уже специализированные газовозы напорного типа «Кегумс» и «Краслау» грузовместимостью по 2500 м³.

В 1976-77 годах в Германии были построены 6 газовозов типа «Юрмала», грузовместимостью по 12000 м³. Это уже суда полунапорного типа максимально-допустимое давление в танках - 5 бар, минимальное – 0,3 бара, оснащенные установкой повторного сжижения газа, способной поддерживать температуру в танках до - 48°С, т.е. перевозить груз и при атмосферном давлении. Краткая характеристика судна:

Дедвейт – 9,891 т. Главный двигатель «Бурмистр и Вайн» 8940 э.л.с.

3 дизельгенератора – 850 квт.

3 танка (сдвоенные цилиндры) трубопроводами объединены в 2 системы - возможность перевозить 2 вида груза.

3 грузовых компрессора «Зульцер» К-140-2В, производительностью по аммиаку по 200000 ккал/час.

В каждом танке по 2 погружных насоса фирмы “Вортингтон” производительностью по 200 м³/час. Содержание кислорода в инертном газе до 0,1 %.

Затем в 1979 –80 гг. на верфи “Бреда” в Италии (Маргера, Венеция) были построены 3 судна уже полностью - рефрижераторного типа «Моссовет», «Ленсовет» грузовместимостью по 75 000 м³ и «Смольный» - 37000м³. Сейчас это «Gasprogress», «Atlanticgas» и «Hawrim».

«Моссовет» - дедвейт – 55000 т.

Главный двигатель: брянский дизель – 15,89 мвт.

4 дизельгенератора по 960 квт.

4 призматических танка. Предохранительные клапана танков установлены на подрыв при давлении 0,25 бара. Вакуум – 0,95. Температура груза до - 50°С. Установка повторного сжижения газа каскадного типа. Грузовые компрессоры – «Зульцер» К160 –2Е, производительностью по аммиаку по 320000 ккал/час. Фреоновые компрессоры винтовые фирмы «Гоуден». Имеется 2 испарителя, 2 подогревателя и 2 бловера. Испаритель производительностью по аммиаку 3000 м³/час.

Бловер – 10000 м³/час дифференциальное давление 400 м бар.

8 грузовых насосов, погружного типа, 650 м³/час, напор – 130 м.

Мощность электродвигателя 230 квт. Генератор инертного газа Gin – 5000- 0,3 – производительностью 5000 м³/час, напор – 0,3 бара.

По виду груза газовозы делятся на:

1. Суда перевозящие природный газ – LNG (Liquefied Natural Gas). Т.к. метан имеет критическую температуру – 82°С и критическое давление 45 бар, ясно, что перевозится он при атмосферном давлении. Температура в танках - 162°С.

2. Суда перевозящие нефтяные газы и аммиак – Liquefied Petroleum Gas – LPG – могут быть напорного, полунапорного или рефрижераторного типа.

3. Отдельной группой можно выделить этиленовозы – LEG. Температура кипения этилена - 104°С, критическая t=+9,9°С. Поэтому это суда полунапорного или рефрижераторного типа.

4. Хлоровозы – напорного типа с непрямым охлаждением.

5. Комбинированные суда – для транспортировки сжиженных газов и химически активных сред. Такие суда должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к газовозам и химовозам.

Рис. – схема.

Конструктивной мерой защиты в случае повреждений, которые могут быть вызваны столкновением с другим судном, причалом, посадкой на мель и т.п., является удаление грузовых танков от обшивки корпуса судна на некоторое расстояние.

На газовозах всех типов отстояние грузовых танков от опорной плоскости должно быть не меньше 1/15 В или 2 м. (В - ширина судна).

На судах типа 1G грузовые танки должны отстоять от линии борта у ватерлинии на расстоянии 1/5 В или 11,5 м. В любой другой точке это расстояние не должно быть меньше 760 мм. Это же расстояние должно отделять грузовые танки от теоретической линии борта на газовозах других типов.

*
*
*
*

Рассмотрим более подробно констуктивные особенности газовозов в зависимости от типа судна.

Суда напорного типа рис. N.

Танки цилиндрические (горизонтальные, вертикальные) или сферические. Система трубопроводов обычно состоит из одного погрузочно- разгрузочного трубопровода и газоотводной магистрали. Нет нужды в грузовых насосах. Выгрузка производится за счет избыточного давления в танке, которое вытесняет груз в береговые емкости. Для повышения давления используется судовой или береговой компрессор. На палубе устанавливается бустерный насос, служащий для повышения давления в трубопроводе.

Преимущества судов напорного типа:

1. Использование при постройке танков обычной стали, т.к. груз перевозится при температуре окружающей среды.

2. Нет установки сжижения и отсутствие изоляции танков.

3. Простота проведения грузовых операций – нет необходимости в грузовых насосах.

4. Не требуется установки вторичного барьера.

Недостатки:

1. Небольшая грузовместимость – обычно порядка 2¸2,5 тыс. м³, реже до 4 тыс.м³. В Японии построены и несколько судов грузовместимостью 10000 м³.

2. Слишком тяжелые грузовые танки – увеличение водоизмещения при низкой грузовместимости.

3. Ограниченное использование полезного объема судна, т.к. танки имеют цилиндрическую или сферическую форму.

4. Низкая грузовместимость по сравнению с судами такой же вместимости рефрижераторного типа. Например, пропан имеет плотность на 16% выше при температуре - 42°С, чем при +20°С.

Суда полунапорного типа рис.N. На этих судах танки рассчитаны на давление до 5 бар, иногда до 8 бар. На судах LPG температура груза может поддерживаться до -50°С. На этиленавозах -104°С.

Танки и трубопроводы должны изготавливаться из сталей способных выдержать без разрушения столь низкие температуры. Танки в виде одинарного или двойного цилиндра устанавливаются (крепятся к корпусу) на фундаментах, изготовленных из твердых пород дерева. Это дает возможность танку деформироваться от температурных изменений независимо от корпуса судна. Температурные деформации трубопроводов уменьшаются установкой специальных компенсаторов.

Эти суда оборудуются установкой сжижения газа. Для выгрузки используются грузовые насосы, установленные в специальных колодцах грузовых танков.

На палубе обычно устанавливаются 2 бустер насоса. При необходимости груз при выгрузке подогревается, проходя через специальный теплообменник.

Обычно танки разделены на 2 группы, чтобы можно было перевозить 2 вида груза.

Каждый танк имеет систему контроля температуры, давления и уровня груза в танке.

Преимущества судов полунапорного типа:

1. Конструкция танков легче, чем на судах напорного типа

2. Соотношение вместимости и грузоподъемности также лучше

3. Грузоподъемность увеличивается за счет повышения плотности груза при низкой температуре

4. Лучше используется полезный объем корпуса

5. Не требуется установка вторичного барьера.

Недостатки:

1. Необходимость установки сжижения газа для поддержания относительно низкого давления в танках

2. Экономически невыгодно использовать суда такого типа при грузовместимости более 15000 м³. Однако есть суда и 30000 м³ грузовместимостью.

3. Использование для изготовления танков, трубопроводов более дорогих низкотемпературных сталей.

4. Необходимость изолировать танки для уменьшения теплопритоков.

Суда, перевозящие сжиженный газ при атмосферном давлении – полные-рефрижераторы.

Это суда грузовместимостью от 15 до 100 тыс.м³. Рис.N.

Обычно перевозят нефтяные газы или аммиак. Температура в танках может поддерживаться до - 50°С.

Танки конструируются на максимальное давление 0,7 бар.

Так как давление в танках небольшое, они могут быть сконструированы таким образом, чтобы наилучшим образом использовать полезный объем корпуса судна. Танки должны быть самонесущими, они устанавливаются на специальные опоры из твердых пород дерева. Жестко крепится только к центральной опоре, что дает возможность температурным деформациям танка не влиять на корпус, а деформациям корпуса, как статическим, так и динамическим, не влиять на танк.

Каждый танк устанавливается в свой трюм, так называемое межбарьерное пространство – Void Speis.

На внешнюю поверхность танка наносится слой изоляции.

Международные правила требуют на таких судах установки вторичного барьера.

Вторичный барьер грузового танка служит временной емкостью для жидкого груза в случае утечек его из танка. Протекший груз должен удерживаться от дальнейшего распространения в течении не менее 15 суток таким образом, чтобы температура корпусных конструкций не понижалась на протяжении всего этого времени. Вторичный барьер должен отвечать своему назначению при углах крена до 30°. Если температура груза при атмосферном давлении не ниже -10°С, вторичный барьер не предусматривается. Если температура сжиженного газа при атмосферном давлении не опускается ниже -55°С, то вторичным барьером могут служить корпусные конструкции, выдерживающие столь низкие температуры. Если корпус судна не является вторичным барьером, то требования к его конструкции зависят от типа грузовых танков. В зависимости от этого делают полный или частичный вторичный барьер или не предусматривают его вовсе. Материал вторичного барьера должен выдерживать температуру груза при атмосферном давлении, а конструкция быть такой, чтобы разрушение первичного барьера не вызывала выход из строя вторичного барьера.

В каждом трюме – межбарьерном пространстве, устанавливается эжектор, позволяющий удалять жидкий газ, проникший туда в случае повреждения танка, в другой танк.

Каждый танк разделен продольной переборкой на две части, соединяющиеся между собой в районе купола. В каждой половине танка имеется грузовой насос. Все трубопроводы и устройства для контроля проходят через купол танка.

Установка сжижения газа на этих судах аналогична установкам используемых на судах полунапорного типа.

Преимущества газовозов, перевозящих сжиженный газ при атмосферном давлении:

1. Наиболее полное использование полезного объема корпуса судна.

2. Увеличение грузовместимости за счет увеличения плотности груза при низких температурах.

3. Влияние свободной поверхности уменьшено за счет заполнения танков до уровня купола и наличии продольных переборок.

4. Эффективность за счет увеличения грузовместимости – строятся суда и свыше 100 тыс.м³.

Недостатки:

1. Высокая стоимость низкотемпературных материалов, используемых для изготовления танков, трубопроводов, клапанов.

2. Необходимость изоляции танков и трубопроводов.

3. Необходимость вторичного барьера.

4. Необходимость большей производительности установки сжижения газа.

5. Необходимость поддержания инертной среды с низкой влажностью в межбарьерном пространстве.

6. Большие партии однородного груза затрудняют эффективно использовать эти суда на рынке.

Суда для перевозки природного газа – метановозы – LNG.

Давление в танках поддерживается не более 0,25 бар., температура - 163°С. В настоящее время вместимость метановозов превышает 125 тыс. м³ и планируется постройка судов до 300 тыс.м³ вместимостью. В настоящее время испарившийся метан из-за теплообмена с окружающей средой используется как топливо. Например, на метановозе грузовместимостью 125 000 м³ ежедневно испаряется от 0,18 до 0,25% от общего количества груза. Это примерно 70-75% топлива, необходимо для обеспечения полного хода.

Метановозы небольшой вместимости иногда оборудуются установкой сжижения, тогда их можно использовать также для перевозки этилена и нефтяных газов.

Выгрузка происходит при помощи погружного насоса, установленного внутри специальной колонны, расположенной в центре танка.