Раздел 6

Наливные суда

Наливные суда, или танкеры, перевозят разнообразные жидкие грузы, главную подавляющую часть которых составляет нефть и ее производные, поэтому их называют нефтевозами и нефтепродуктовозами. Небольшое сравнительно количество наливных судов также используют для перевозки патоки (мелассы), различных спиртов, пива, вина, растительных продуктов, включая сжиженные газы, быстро растет.

Характеристика груза

Жидкие грузы перевозят без тары – наливом (отсюда их второе название – наливные грузы.)

Их основными видами являются нефть и нефтепродукты (более 300 наименований).

Важнейшими свойствами нефтепродуктов, которые необходимо учитывать при проектировании наливных судов являются вязкость, огне- и взрывоопасность.

Значение плотности нефти и нефтепродуктов:

Бензины – 0,70 – 0,76

Керосины - 0,77 – 0,82

Дизельное топливо – 0,83 – 0,87

Смазочные масла и моторные топлива – 0,89 – 0,93

Мазуты – 0,92 – 0,99

Сырая нефть – 0,80 – 0,90 и более.

Мазуты, моторные топлива и некоторые масла (тяжелые нефтепродукты) обладают повышенной вязкостью, поэтому перед наливом и сливом их необходимо подогревать до 40 – 60°С. Огне- и взрывоопасность определяются степенью испаряемости и температурой вспышки нефтепродуктов и подразделяются на три разряда: к первому относят нефтепродукты с температурой вспышки до 28°С ( бензины, сырая нефть, некоторые сорта керосина); ко второму – с температурой вспышки от 28 - 65°С (дизельные топлива, керосины) и к третьему – с температурой вспышки 65°С и выше (мазуты, моторные топлива, масла), которые и определяют условия их погрузки и транспортировки на судне.

В эксплуатационной практике принято делить все нефтепродукты на три группы: легкие, или светлые (бензин, некоторые сорта дизельного топлива, керосин), тяжелые, или темные (сырая нефть, моторное топливо, мазут и пр.) и масла.

Сжиженные газы, перевозимые на судах, подразделяют на нефтяные (пропан, бутан и др.), природные (главным образом, метан, чистый или в смеси с другими газами) и аммиак.

Сжиженные нефтяные газы и аммиак сохраняют жидкое состояние при положительных температурах до 45 - 50°С и давлении 1 – 2 атмосферы (10 – 20 кгс/см²).

Сжиженные природные газы транспортируют при атмосферном давлении, но в условиях глубокого охлаждения, так при перевозке метана до - 162°С.

Все сжиженные газы горючи, бурно испаряются при атмосферном давлении и положительной температуре, создавая взрывоопасные смеси. Так, аммиак взрывоопасен при концентрации 14 – 26% и становится горючим при концентрации, превышающей 26%.

К жидким химическим грузам, перевозимым наливом на специально оборудованных танкерах, относятся в первую очередь различные кислоты, щелочи, технические спирты, эфиры, жидкая сера и другие вещества. Опасные жидкие химические грузы подразделяются на три категории в зависимости от степени пожароопасности: 1 – вещества, температура вспышки которых ниже 60°С, а температура кипения ниже 37.8°С; 2 – вещества, температура вспышки которых ниже 60°С, а температура кипения выше 37.8°С; 3 – вещества, температура вспышки которых 60°С и выше.

Отдельные жидкие химические грузы являются биологически опасными, а также отличаются коррозионной агрессивностью.

основные требование по конструкции и оборудованию судов, перевозящих химические грузы наливом, изложены в своде рекомендаций: ИМО за 1971г., а также Правилах Регистра по классификации и постройки химовозов.

Самыми крупными судами являются танкеры для перевозки сырой нефти, поскольку партионность этого вида груза практически не ограничена, а время на грузовые операции не зависит от грузоподъемности и составляет около 10 часов при загрузке и 15 часов при разгрузке с учетом зачистки танков.

В зависимости от дедвейта танкеры получили следующую классификацию:

• Super Tanker – дедвейт 30 – 70 тыс. тонн;

• Mammoth Tanker – дедвейт 70 – 150 тыс.тонн;

• VLCC (Very Large Crude Carrier) Tanker – дедвейт 150 – 300 тыс.тонн;

• ULCC (Ultra Large Crude Carrier) Tanker – дедвейт свыше 300 тыс.тонн.

До вступления в силу Международной Конвенции по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ – 73/78)[95] наблюдался интенсивный рост грузоподъемности танкеров для перевозки сырой нефти.

Это объясняется тем, что расходы на доставку одной тонны груза у танкера дедвейтом 300 тыс.тонн в 2 раза ниже, чем у танкера дедвейтом 80 тыс. тонн и в 5.5 раза меньше, чем у танкера дедвейтом 10 тыс. тонн[40]. В эксплуатацию были введены гиганты, способные взять на борт до 550 тыс. тонн сырой нефти и даже 568 тыс. тонн (японский танкер «Happy Giant»).

Впечатляют размеры этих гигантов. Так, «Batillus» имеет длину 414.2 м, ширину 63 м, высоту борта 35.9 м, осадку 28.6 м. Скорость хода танкера 16.2 узла при мощности турбозубчатого агрегата (ГТЗА) в 60000 кВт.

Размерения «Happy Giant» (L*B*D*d) - 458.4*68.9*29.8*24.6 м. самым широким танкером в мире является построенный в 1978 г. в Швеции «Nanny», ширина которого 79 м при водоизмещении 570 тыс. тонн.

Кроме роста размеров танкеров для перевозки сырой нефти, упрощалось их конструктивное исполнение:

• был ликвидирован сухогрузный трюм, обычная принадлежность танкеров до 50-х гг. постройки;

• у большинства из них стала исчезать средняя надстройка и переходной мостик;

• увеличилась длина грузовых танков и, как следствие, уменьшилось число поперечных переборок, что вело к относительному снижению массы корпуса.

Кроме перечисленных нововведений, появились и другие. Так, например, некоторые крупнотоннажные танкеры вообще не имеют надстроек, а только рубки. С целью улучшения условий обитаемости для членов экипажа блок жилых, общественных и навигационных помещений стало располагаться отдельно от блока помещений технического назначения: шахты машинного отделения, помещений аварийного дизель-генератора и т.п.

Принципиальная схема общего расположения танкеров стандартна. Корпус судна делится по длине на три части: носовую, включающую форпик, топливную цистерну – диптанк, судовое насосное отделение и (на некоторых танкерах старой постройки) сухогрузный трюм; центральную с грузовыми танками и грузовым насосным отделением (или без него) и кормовую, куда входят ахтерпик, МКО и топливные цистерны, располагаемые обычно по бортам МО. В этой же части танкера может быть расположено и грузовое насосное отделение. Центральная грузовая часть отделяется от концевых коффердамами.Рисунок13.1

Место, занимаемое сухогрузным трюмом и носовой топливной цистерной, может быть использовано для носового балластного диптанка (диптанков), простирающегося от днища до палубы. Это упрощает исходную удифферентовку судна в грузу, увеличивает объем чисто балластных емкостей танкера, используемых при ходе в балласте, но в то же время требует выделения дополнительных балластных цистерн в кормовой оконечности, необходимых для регулирования посадки судна в грузу по мере расходования судовых запасов.

Компромиссным решением вопроса является использование носового диптанка как топливно-балластного или разделение его на топливную и балластную цистерны.

Положение грузового насосного отделения по длине танкера оказывает влияние как на трудоемкость и стоимость его постройки, так и на удобство эксплуатации.

Насосное отделение, расположенное в средней части судна, делит грузовые танки на две изолированные группы, что позволяет одновременно перевозить груз разных сортов. На некоторых судах устраивают даже два насосных отделения, разделяющих грузовые танки на три изолированные группы.

Грузовые насосные отделения современных танкеров располагают, как правило, в корме. В соответствии с Правилами [99] эти отделения должны иметь выходы на открытую палубу; в то же время не допускаются проходы из насосного отделения в МКО или помещение вспомогательного котла.

Налив груза в танкер осуществляется средствами порта, а выкачка – судовыми насосами, суммарная производительность которых подбирается таким образом, чтобы разгрузка судна занимала 8 – 12 ч. На очень крупных танкерах это время возрастает до 15 – 20 ч. [69].

Ходовую рубку даже на самых крупных современных танкерах размещают, как правило, на юте. Это позволяет отказаться от средней надстройки, что упрощает конструкцию судна и его удифферентовку, поскольку смещает центр тяжести в корму.

Существенных вопросом при проектировании танкеров является выбор количества и размещение переборок. Всемерное сокращение числа переборок приводит к облегчению корпуса и систем, удешевлению постройки и упрощению эксплуатации судна.

По Правилам [94] Регистра СССР, длина грузовых танков может доходить до 0,1L на судах без продольной переборки в диаметральной плоскости, до 0.15L при установке одной продольной непроницаемой переборке или до 0.2L при установке двух и более переборок, но при условии, что расстояние между поперечными переборками, включая отбойные, не превысит 0.1L или 15м, в зависимости от того, что больше. Распределяют переборки так, чтобы все танки были одинаковой длины, т.е. практически равнообъемными.

Все положения Конвенции МАРПОЛ – 73/78 и соответствующих Правил Регистра СССР, относящиеся к нефтеналивным судам, направлены на достижение следующих целей, обеспечивающих в совокупности защиту вод Мирового океана от загрязнений нефтью и нефтепродуктами: ограничение возможного вылива судна груза при аварии танков; уменьшение загрязнения моря в процессе повседневной эксплуатации наливных судов ( в следствие откачки за борт загрязненной балластной и моечной воды); повышение мореходных качеств танкеров и их защищенности при авариях.

Предполагаемый вылив нефти Wв в результате аварии судна, которая привела к повреждению днища и борта, не должен превышать либо Wв≤30000 м³, либо Wв≤ в зависимости от того, что больше. Однако в любом случае для судна любых размеров, предполагаемый вылив не должен превышать 40000 м³.

Для уменьшения концентрации загрязнений моря откачиваемым за борт жидким балластом, который на танкера принимался и в пустые грузовые танки, а также водой, использованной для очистки грузовых танков (промывочная вода), и повышения степени безопасности судов требуется оборудовать: танкеры дедвейтом 20 тыс. т и выше, перевозящие сырую нефть, танкеры – продуктовозы дедвейтом 30 тыс. т и выше специальными танками изолированного балласта (ТИБ),а все танкеры валовой регистровой вместимостью более 150 рег. т – еще и отстойными танками.

Расположение танков изолированного балласта должно быть таким, чтобы в максимальной степени оказались защищенными грузовые танки, что уменьшает вероятность вылива нефти в случае посадки судна на мель или при столкновении.

Вместимость отстойных танков должна быть не менее 3% грузовместимости танкера, но по согласованию с Регистром может быть уменьшено до 2%. У танкеров дедвейтом более 70 тыс. т должно быть не менее двух отстойных танков.

Определенный стандарт безопасности танкеров предусматривается и требованиями Конвенции МАРПОЛ – 73/78 к аварийной посадке и остойчивости этих судов при регламентированном размере повреждений. Требования дифференцированы для танкеров различных размеров, причем допускается освобождение от выполнения этих требований судов длиной 100м и менее.

Выполнение требований конвенции МАРПОЛ – 73/78 приводит к увеличению количества грузовых танков на судах дедвейтом более 150 тыс. т, а следовательно и к увеличению массы корпуса, усложнению грузовой системы и к удорожанию постройки судов примерно на 5 – 8%.

Для того, чтобы разместить необходимое количество изолированного балласта, нужно увеличивать размеры корпуса наливных судов; располагать балластные танки можно различными способами. В зависимости от применяемого способа меняется трудоемкость постройки и эксплуатации (проведение грузовых операции, мойка и дегазация танков), металлоемкость и масса металлического корпуса, эффективность конструктивной защиты грузовых танков, расход топлива на подогрев перевозимого груза.

Отдельную особую группу судов, перевозящих груз наливом, составляет флот судов-газовозов. На этих судах транспортируют сжиженные природные газы : метан – Liquefied Natural Gas (LNG), нефтяные газы (пропан, бутан) – Liquefied Petroleum Gas (LPG), аммиак и другие сжиженные газы.

При перевозке сжиженных газов необходимо поддерживать определенную температуру или давление, или то и другое вместе. В соответствии с различными режимами перевозки сжиженных газов, обусловленными их различными свойствами, суда- газовозы подразделяются на основные группы:

• LPG (LPG-carriers) – суда для перевозки нефтяных газов и аммиака;

• LNG (LNG-carriers) – суда для перевозки природного газа, основу которого составляет метан.

Природных газ перевозят при атмосферном давлении и низкой температуре - до -161.6°С.

По конструктивному оформлению грузовых помещений суда-газовозы подразделяются на газовозы с танками самонесущего типа с вкладными цистернами и танками мембранного типа.

Конструкция вкладных цистерн, форма которых может быть самой разнообразной ( сферические, призматические, цилиндрический и т.п.), рассчитывается на восприятие всех видов статических и динамических нагрузок, связанных с транспортировкой сжиженных газов. Конструкция мембранных танков позволяет передать статические и динамические нагрузки на окружающие эти танки элементы корпуса газовоза через эластичные стенки, изоляцию и вторичный газонепроницаемый барьер. Мембрана должна поглощать тепловые деформации, изготавливается из материала с низким линейным расширением и имеет очень малую толщину (0.5 – 1.2 мм). Материалом мембран служит специальная сталь: нержавеющая никелевая, инвар и др.

Метановозы – наиболее крупные из газовозов, что обусловлено не только партионностью груза, но и относительной легкостью сжиженного метана: его плотность равна 0.47 т/м³ (плотность сжиженных нефтяных газов составляет около 0.6 т/м³ , аммиака - около 0.7 т/м³). значительные объемы в подпалубном пространстве этих судов занимают изоляция и другие конструкции и систему, предназначенные для поддержания в цистернах очень низких температур. Для получения необходимого грузового объема у судов-метановозов увеличивают высоту борта, что приводит к повышенным, по сравнению с обычными для танкеров, значениями H/T=1.5÷2.5 и соответственно этому увеличенным значениям отношения B/T=3÷4.

Суда для перевозки сжиженных нефтяных газов и аммиака имеют меньшую высоту борта. При комбинированном способе перевозок (т.е. при повышенном давлении и незначительном охлаждении) они оборудуются обычно вкладными цилиндрическими цистернами. Т.к. цистерны необходимо разместить в корпусе судна, принимают в среднем отношение H/T ≈1.3, а отношение B/T колеблется от 3 у сравнительно небольших судов до 2.3 у более крупных (грузовместимостью около 12 тыс. м³). если сжиженные нефтяные газы перевозят при глубоком охлаждении и атмосферном давлении, то газовозы оборудуют, как правило, вкладными цилиндрическими или призматическими цистернами. Соотношения главных размерений у судов с цилиндрическими цистернами близки к соотношениям, отмеченным выше. У судов с призматическими цистернами отношение H/T увеличивается до двух, а отношение B/T приближается к 3 – 3.5 [37].

На газовозах, перевозящих груз под давлением, грузовые насосы могут быть расположены вне цистерн в насосно-компрессорном отделении.

Газ, испарившийся в течение рейса (0.2 – 0.3% объема груза ежесуточно), или выбрасывается в атмосферу или снова сжижается и возвращается в грузовые цистерны, или же используется в качестве топлива для судовой энергетической установки.

Наливные суда, используемые для перевозки жидких химических грузов наливом, или химовозы (по терминологии Регистра СССР), во многом аналогичны нефтеналивным судам. Но в зависимости от степени агрессивности и опасности перевозимых грузов на них должна быть обеспечена дополнительная конструктивная защита, предусмотренная Правилами [103] Регистра СССР. Различают три степени этой защиты. Независимо от степени конструктивной защиты все рассматриваемые суда должны обладать двухотсечным стандартом непотопляемости. У судов с конструктивной защиты I степени грузовые цистерны должны быть расположены не ближе 0.2 ширины судна к борту, у судов II степени защиты – не ближе 760 мм к наружной обшивке; кроме того, на обоих судах в грузовой части корпуса должно быть двойное дно высотой не менее 1/15 ширины судна.

При проектировании всех судов, перевозящих жидкие химические грузы наливом, необходимо выполнять следующие общие требования, предъявляемые к расположению грузовых емкостей и общесудовых помещений:

• Зона грузовых цистерн должна оканчиваться коффердамами; коффердамами должны отделяться и цистерны для взаимно несовместимых грузов;

• Не разрешается располагать жилые и служебные помещения в зоне грузовых цистерн;

• В носовых переборках надстроек и рубок не должно быть дверей;

• Должно быть два выхода из насосного отделения на открытую палубу;

• Танки, предназначенные для балласта, должны быть отделены коффердамами от грузовых цистерн, в которых допускается перевозка грузов, несовместимых с водой.

Грузовые цистерны на подобных судах могут быть вкладными или встроенными, сделанными из нержавеющей стали или из обычной углеродистой с защитными покрытиями. Регламентирована предельная вместимость отдельных цистерн в зависимости от степени конструктивной защиты судна: для I степени – 1250 м³, для II – 3000 м³ и для III степени – не ограничивается.

В следствие незначительности партий перевозимых жидких химических грузов дедвейт специализированных танкеров невелик – до 40 тыс. т. с целью одновременной перевозки разнообразных грузов на таких танкерах предусматривают значительное количество грузовых насосов ( до 45 единиц), обслуживающих соответствующее количество отдельных цистерн или их групп и размещаемых в нескольких (до 4) насосных отделениях. Получили распространение и погружные грузовые насосы. Оборудуются подобные суда системами вентиляции, обогрева и охлаждения грузовых емкостей, а также системой инертных газов для заполнения коффердамов.

По сложности конструктивного оформления и оборудования танкер для перевозки химических судов сопоставимы с газовозами.

В ряде случав потоки некоторых грузов, перевозимых специализированными судами, могут иметь противоположное направление.

Это положение послужило поводом к использованию комбинированных судов, которые позволяют, с одной стороны, использовать все преимущества специализированных судов, с другой - сократить балластные переходы за счет обратной их загрузки или организации рейсов по многоугольникам. Особенно широкое распространение получили суда для перевозки массовых грузов и сырой нефти или нефтепродуктов.

На нефтерудовозах руда размещается в грузовых трюмах, а нефтяные грузы в специальных танках, которые при перевозке руды всегда остаются пустыми и наоборот.

На нефтенавалочниках жидкий груз принимается в те же грузовые помещения, в которых до этого была руда или какой-либо навалочный груз. Таким образом, грузовые трюма нефтенавалочников используются как для жидких, так и для массовых грузов.

За рубежом нефтенавалочники классифицируются как суда типа ОВО (от словосочетаний Oil-Bulk-Ore-carrier, т.е. судно для перевозки нефти, навалочных грузов и руды).

По архитектурному типу, а также по размерам рудовозы, нефтерудовозы и нефтенавалочники практически не отличаются друг от друга.