Геец Сист. наливных судов

дится береговыми холодильными установками. Если температура груза выше на берегу, подогрев груза производится в процессе выгрузки на судне прокачиванием его через теплообменник, в который подается большое количество морской воды. Главное при этом – не допустить замерзания воды в трубах теплообменника. При достаточной скорости прокачки замерзание не произойдет. К примеру, для подогрева СГ от -45 оС до +5 оС на 1 т груза надо прокачать 6 т воды при ее температуре около 15 оС.

18.2. Зачистка танков

На газовозах, так же как и на других видах наливных судов, грузовой насос не может удалить груз до сухого состояния танка, и зачистные операции проводятся, но не при каждой выгрузке, как на нефтяном танкере. Такие операции не требуются на рефрижераторном газовозе при перевозке одного и того же груза. Неоткачиваемые остатки СГ оставляют для поддержания в танке низкой температуры, т. е. для захолаживания танка при последующей погрузке. Полное осушение танка бывает необходимым перед проведением ремонтных работ или при смене груза. Если это происходит редко, то и зачистная система не нужна. Зачистку в этом случае производят методом выпаривания с помощью компрессора УПСГ, а если его нет – грузового компрессора.

Компрессор забирает пары груза из зачищаемой емкости, сжимает их и направляют нагретыми от сжатия в змеевиковые подогреватели, находящиеся в колодце грузового танка у его кормовой переборки. Там они охлаждаются и конденсируются, после чего конденсат груза из подогревателя направляется в грузовой танк, не подлежащий дегазации или на берег. Таким образом, для нагрева и испарения остатков груза используются его пары. Возможно испарение остатков груза горячими парами фреонового хладоагента. Недостатками этого способа зачистки являются большие затраты времени и энергии на зачистку.

На многоцелевых газовозах смена вида груза производится сравнительно часто. Поэтому на них оказалось целесообразным устанавливать специальные зачистные системы для каждого танка в отдельности. Зачищаемые остатки груза опорожненного танка перекачиваются, как правило, в соседний заполненный танк, из которого они удаляются грузовым насосом. Большого напора насосу при этом создавать не требуется.

На газовозах большое значение придается надежности функционирования грузовой системы. Для этого предусматриваются аварийные средства выгрузки. В сосудах давления аварийная выгрузка возможна созданием достаточного для этого избыточного давления. При наличии в одном танке двух погружных насосов также можно обойтись без аварийного насоса. В других случаях каждый танк может быть обеспечен специальным аварийным стационарным насосом, заключенным в достающий до дна танка ко-

141

жух. Насос хранится подвешенным вне танка, а при необходимости опускается по этому кожуху на дно для выгрузки СГ. Его подача примерно в два раза ниже подачи основного грузового насоса.

Поэтому в некоторых случаях используют переносные аварийные насосы.

18.3. Системы газоотвода на газовозах

Понятие газоотвода на газовозах более сложное, чем на нефтетанкерах. На судах этого типа нельзя сообщать танки с атмосферой даже через дыхательные клапаны или заполнять освобождающееся пространство при выгрузке воздухом или инертным газом. Хотя в определенных случаях возможен выпуск газа в атмосферу через предохранительные клапаны.

Если не считать исключительную ситуацию, например, возникновение пожара, испарение газа – естественный процесс. Оно не происходит только тогда, когда давление в танке превышает давление насыщения, соответствующее самой высокой температуре перевозки, т. е. в напорных танках. При транспортировке частично или полностью охлажденных газов и пониженном расчетном давлении, несмотря на теплоизоляцию из-за слабого притока теплоты происходит испарение и повышение давления. Поэтому каждый танк снабжен системой автоматического поддержания определен-

142

ного давления. Если это давление превышается, испарившийся газ сбрасывается в газовую магистраль. Во время погрузки объем этого газа равен объему поступающего в танк груза. Как правило, этот газ поступает через газовый приемник на манифольде в береговую емкость, замещая объем подаваемого на судно груза. Имеется в виду погрузка в захоложенный судовой танк, заполненный парами того же СГ. Если береговая газовая магистраль отсутствует, газ подается в порожний танк. Если имеется УПСГ, вытесняемый газ пропускается через эту систему, сжижается и подается в грузовой танк.

Что касается УПСГ, то здесь следует иметь в виду следующее. На метановозах такие установки экономически целесообразно устанавливать при грузовместимости судна более 125 м3 в связи с тем, что для сжижения метана до -163 оС требуются большие затраты энергии. Целесообразнее испарившийся метан утилизировать в СЭУ, да и это, если цена метана мало отличается от цены на мазут, не всегда целесообразно на небольших метановозах. На суперметановозах количество испарившегося метана иногда превышает потребности СУИГ. Таким образом, стравливание метана в атмосферу через ГОС – обычная практика. Причем выпущенный в атмосферу метан улетучивается вверх и не создает опасности судну и экипажу (метан значительно легче воздуха).

В отличие от метановозов на газовозах СНГ стравливание испарившихся газов в атмосферу крайне нежелательно и даже опасно, так как нефтяные газы тяжелее воздуха. Это создает угрозу образования удушающих и взрывоопасных смесей в околопалубном пространстве. По этой причине испаряющиеся нефтяные газы не допускается использовать в качестве топлива для СЭУ. Поэтому УПСГ для газовоза СНГ необходим не только для сохранения груза, но и для безопасности. Учитывая то, что СНГ имеют не очень низкую температуру кипения, УПСГ на этих судах относительно просты, менее энергоемки по сравнению с метановозами, менее дорогостоящие. А если уж возникает необходимость выпуска нефтяного газа в атмосферу, то его сжигают в факеле.

Грузовые танки газовозов оборудуются системой защиты, независимой от системы автоматического поддержания постоянного давления. Эта система имеет предохранительные клапаны (ПК), открывающиеся при превышении давления выше рабочего на 20 %. Пропускная способность их устанавливается исходя из скорости заполнения грузовых танков инертным газом или из интенсивности образования паров груза при воздействии пожара на грузовые танки. В первом случае давление в системе инертных газов должно быть выше давления, на которое установлены ПК. Межбарьерные пространства, а также трубопроводы оборудуются своими ПК. В состав защиты входят также пожарные ПК, оборудованные электромагнитным или гидравлическим приводом с дистанционным управлением, а также

143

плавкие предохранительные элементы. Пожарный ПК должен пропускать объем газа, в 3 – 5 раз больше, чем технологический ПК.

Для того, чтобы удалять в атмосферу газ, поступающий через ПК, имеется ГОС, аналогичная такой, какая применяется на нефтетанкерах (рис. 108). Выпускные отверстия газоотводных труб и колонн должны быть расположены над уровнем верхней палубы газовоза на расстоянии, равном большему из двух значений: 6 м или В/3 (В – ширина судна). Над площадкой рабочей зоны и над переходным мостиком выпускные отверстия газоотводных труб должны возвышаться не менее, чем на 6 м. От ближайшего воздухозаборника выпускные отверстия, отводящие газы из грузовых емкостей, должны быть расположены на расстоянии не менее ширины судна или 25 м в зависимости от того, которая из величин меньше. Другие отверстия газовыпускных труб, не связанных с грузосодержащей системой, должны располагаться на расстоянии не менее 10 м от ближайших воздухозаборников или отверстий в жилых, служебных или иных газобезопасных помещений. Если газовоз приспособлен для транспортировки нескольких видов СГ, системы газоотводных труб, связанных с ПК, должны быть независимыми от каждого вида груза. В выходных отверстиях ГОС устанавливаются сетки, защищающие от попадания посторонних предметов, и предусматриваются устройства для удаления жидкости, которая может скапливаться в газоотводных трубах.

Система защиты грузовых танков от вакуума применяется на газово- зах-рефрижераторах, оборудованных УПСГ, или установкой утилизации испаряющихся газов. Она оборудуется двумя независимыми манометрическими реле на каждом грузовом танке и вакуумным (перепускным) ПК. Во время выгрузки эти реле при понижении давления ниже установленного уровня способны приостановить разгрузку танка, а при переходе судна в грузу – приостановить работу УПСГ и СУИГ. Одновременно открывается доступ в вакуумированный танк парам груза из другого танка в целях поддержания заданного давления. Пропускная способность перепускных клапанов должна быть не менее, чем подача грузовых насосов данного грузового танка. Если перепускные клапаны системы защиты грузовых танков от вакуума открывают доступ в грузовые танки парам груза, то последние должны поступать из УПСГ, но ни в коем случае не из системы грузовых трубопроводов. Защита от вакуума не требуется для грузовых емкостей, рассчитанных на давление выше 0,025 МПа.

19. Установки повторного сжижения испарившихся газов

Как упоминалось ранее, вопросы реконденсации газов решаются по разному в зависимости от типа газовоза и вида перевозимого СГ. Выбор способа сжижения – технико-экономическая задача. Прежде всего решается вопрос о том, быть или не быть на судне УПСГ, а если быть, то какого типа

144

она должна быть. Существует семь типов УПСГ, принцип действия каждого из которых показан на рис. 110.

Рис. 110. Способы охлаждения и сжижения газов на газовозах: а и б – одноступенчатая и двухступенчатая УПСГ прямого охлаждения; в, г, д, е – УПСГ косвенного охлаждения: с внутренним испарителем одноконтурная (в), с внутренним испарителем двухконтурная (г), с внешним испарителем (д), с циркуляцией азота в рубашке охлаж-

дения (е); ж – каскадная УПСГ комбинированного охлаждения; 1 – грузовая цистерна; 2 – грузовой компрессор; 3 – теплообменник (охладитель); 4 – дроссельно-

расширительный клапан; 5 – погружной грузовой насос; 6 – внешний конденсаториспаритель; 7 – испаритель, встроенный в грузовую цистерну; 8 – компрессор промежуточного хладоагента; 9 – коллектор с распылительными соплами

В зависимости от технологии сжижения испарившегося груза УПСГ можно разделить на три типа:

-установки прямого сжижения: одно- и двухступенчатые;

-установки непрямого или косвенного сжижения: одно- и двухконтурные;

-комбинированные или каскадные УПСГ, в которых сочетаются первых два типа.

Примером установок прямого сжижения являются те, что действуют по схемам а и б на рис. 110. В установках этого типа хладоагентом служит

сам испарившийся газ. В установке а газ отсасывается компрессором из грузовой цистерны, сжимается, нагреваясь при этом, затем проходит три ступени

охлаждения: в охладителе-конденсаторе 3, прокачиваемом забортной водой, в дроссельно-расширительном клапане 4 за счет расширения и при дросселиро-

вании в коллекторе 9. В схеме б газ проходит двухступенчатое сжатие ком-

145

прессором и охлаждение в охладителе. Т. е установка б может произвести более глубокое охлаждение газа. Одноступенчатые УПСГ прямого типа могут

охлаждать газ до -40 – 50 оС, двухступенчатые – до -100 оС.

Основным недостатком УПСГ первого типа является необходимость использования оборудования, рассчитанного на высокое давление (до 4,2 МПа). Из-за высокого давления возможны утечки газа в компрессорах, а это недопустимо, если газ ядовитый (например, хлор). Возможно загрязнение газа смазочным маслом компрессоров, что для некоторых видов СГ тоже недопустимо. Некоторые газы, например, бутадиен при контакте с маслами образуют смолистые осадки (полимеризуются). Полимеры засоряют арматуру, клапаны компрессоров, в результате чего случаются отказы системы.

УПСГ второго типа, действующие по схеме непрямого сжижения, более безопасны, чем системы прямого сжижения. Они основаны на циркуляции паров испарившегося газа через конденсатор, охлаждаемый вторичным хладоагентом, циркулируемым в замкнутом контуре холодильной машины (рис. 110д). Сжижение паров груза происходит на поверхности конденсатора без предварительного сжатия. Их недостатком является меньшая экономичность и большая стоимость. Кроме того, необходимость проведения операций с парообразной фракцией груза в период погрузки-выкрузки , инертизации и дегазации грузовых танков требует наличия еще и отдельных газовых компрессоров (либо вентиляторов) и теплообменников, что усложняет систему. В перечисленных случаях эту роль выполняют компрессоры УПСГ. Поэтому холодильные установки непрямого сжижения имеют ограниченное применение на специализированных газовозах, например, хлоровозах.

Некоторые установки действуют не по принципу сжижения испарившихся газов, а по принципу недопущения испарения СГ, т.е. газ ими переохлаждается до такого состояния, при котором не происходит испарения до состояния насыщения. Такими являются установки по схемам в, г и е на рис. 110. По схемам в и г испарители холодильных установок располагаются в грузовых танках, а в схеме е охлажденный в холодильной машине азот циркулирует между внутренней оболочкой танка и тепловой изоляцией.

Установки, в которых нижний контур работает по схеме прямого, а верхний – непрямого сжижения, называют каскадными (рис. 110ж).

Контрольные вопросы к лекции 13

1.Особенности грузовых систем напорных газовозов.

2.Грузовая система напорного газовоза с промежуточной цистерной.

3.Грузовая система напорного газовоза без промежуточной цистерны.

4.Грузовая система газовозов рефрижераторного типа.

5.Принципиальная схема грузовой системы газовозов типа «Моссовет».

6.Грузовая система газовозов полурефрижераторного типа.

7.Выгрузка СГ при несоответствии температур груза на судне и терминале.

146

8.Захолаживание танков.

9.Зачистка грузовых танков способом выпаривания.

10.Аварийная выгрузка груза.

11.Газлифтная система аварийной выгрузки.

12.Различия в газоотводе на газовозах СПГ и СНГ.

13.В каких случаях целесообразно устанавливать на газовозе УПСГ?

14.Требования к газоотводной системе на газовозе.

15.Газоотвод при пожаре на газовозе.

16.Типы УПСГ.

17.Различия УПСГ прямого и непрямого сжижения газа.

18.В каких случаях недопустимо прямое сжижение газа.?

19.УПСГ с переохлаждением СГ.

Лекция 14

20. Системы утилизации испарившихся газов, совмещенные с УПСГ

Рис. 111. Двухступенчатая установка прямого сжижения газа, совмещенная с системой их утилизации в паровом котле

147

Как было сказано выше, утилизации на газовозах подвергается только метан, поэтому в этой главе речь будет идти о метановозах. Их УПСГ наиболее дороги и энергоемки, и их стоимость составляет 10 – 12 % от стоимости самого судна. При этом затраты на постройку газовоза в три раза превышают затраты на постройку нефтяного танкера. Затраты на постройку метановоза снизятся, если он будет перевозить СПГ при частичном давлении, а УПСГ установлена первого типа, т. е. работающая по способу прямого сжижения газа. Такая УПСГ может сжижать до 35 % испарившегося газа, до 55 % можно сжечь в паровом котле, и оставшиеся 10 % метана будут выпущены в атмосферу вместе с негорючими газами. Такая система изображена на рис. 111. Она используется на газовозах СПГ небольшой грузовместимости (до 75 тыс. м3), которые могут перевозить также СНГ, но уже без утилизации их паровой фракции.

Пары груза засасываются компрессором 11 через трехступенчатый регенеративный теплообменник 10. Пары газа при этом сжимаются до рабочего давления, при котором возможна подача газа в топку котла 8. Часть паров СГ после компрессора 11 направляется на предварительную подготовку перед транспортировкой его в машинное отделение, а затем подается через регулировочный клапан 13 в топку котла. Оставшаяся часть дожимается двухступенчатым компрессором 1 или 4 (один из них резервный) до давления 4,2 МПа. Этот компрессор носит название бустерного. Под таким давлением сжатый метан проходит конденсаторы 2 и 3 водяного охлаждения, после чего направляется в регенеративный теплообменник 10 повторного сжижения, в котором он частично конденсируется и охлаждается, а затем дросселируется посредством дроссельно-регулирующего клапана 14 до давления 0,2 МПа, за счет чего переохлаждается. Образующаяся при этом жидкость скапливается в отделителе-ресивере 9, а неконденсирующийся парообразный метан с примесью других газов направляется в теплообменник 10 на подогрев паров, отсасываемых из грузовых танков и далее, в топку котла либо на повторное сжижение. После наполнения ресивера по сигналу датчика уровня 18 открывается регулировочный вентиль 15, в котором жидкий метан повторно дросселируется до значения пара и температуры жидкости в грузовых танках. Если в газе, неконденсирующемся в теплообменнике 10, будет велико содержание азота, то такой газ стравливается в атмосферу через регулировочный вентиль 16 по сигналу анализатора 17 состава газа. Образующийся в котле 8 пар используется для привода паротурбокомпрессора 11 – 12, а также для собственных нужд судна.

УПСГ данного типа имеют широкий диапазон регулирования холодильной мощности. Их легко приспособить к различным проектным условиям за счет гидравлического регулятора, которым обычно снабжают дожимающий компрессор, изменения частоты вращения вала турбины 12, сокращения числа или исключения из схемы дожимающих компрессоров 1 и 4. Вследствие этого УПСГ данного типа применяются как на газовозах СНГ

148

при изотермической перевозке груза, так и СПГ. На газовозах СНГ этот тип УПСГ используется в режиме 100-процентного повторного сжижения без утилизации испарившихся газов в паровом котле 8, который работает при этом на жидком топливе. При этом регенерация теплоты сжимаемых нефтяных газов происходит в теплообменнике 5. Испарившийся газ не может быть подан на сжигание в котле при тех параметрах, при которых он отбирается из грузового танка. Его давление перед горелкой должно составлять 0,17 – 0,20 МПа, а температура должна быть положительной. Не должно быть включений капель жидкой фракции. Должны быть предусмотрены меры безопасности. Эти мероприятия выполняются при любом способе утилизации.

Рис. 112. Комбинированная утилизационная и реконденсационная системы метановоза с утилизацией в ДВС и глубоким охлаждением СГ: 1 – главный двигатель; 2 – компрессор системы утилизации испарившегося природного газа (ИПГ); 3 - компрессор отбора ИПГ в систему реконденсации; 4 – конденсатор-испаритель; 5 – азотная турбина-детандер; 6 – азотный регенеративный теплообменник; 7 – азотный бустерный компрессор; 8 – охладитель морской воды; 9 – главный азотный компрессор системы реконденсации; 10 – станция баллонов с азотом; 11 – электродвигатели; 12 – азотный охлаждающий трубопровод; 13 – трубопровод СГ; 14 – трубопровод ИПГ; 15 – ресивер; 16 – метановый регенеративный теплообменник; 17 – УПСГ; 18 – вентилятор системы утилизации ИПГ; 19 – призматический грузовой танк

Система утилизации СПГ в дизеле изображена на рис. 112. ИПГ через регенеративный подогреватель 16 забирается компрессором 2 и подается в ресивер 15 под давлением 0,17 – 0,20 МПа, откуда он подается на утилизацию в главном двигателе. Ресивер служит для сглаживания колебаний дав-

149

ления при подаче газа на двигатель. Греющий газ в подогреватель 16 подается после сжатия ИПГ в компрессоре 3. Если во время утилизации УПСГ не работает, в подогреватель 16 подается пар от котла. На метановозах вместимостью более 50000 м3 устанавливают два таких теплообменника. Если теплоносителем служит пар, его конденсат после использования должен быть дегазирован в специальном танке, расположенным в грузовом районе. Этот танк оборудован средствами обнаружения газа и подачи сигнала тревоги в ЦПУ МО в случае его появления. Для освобождения дегазационного танка от паров метана служит вентиляционное отверстие, которое выводится в безопасное место и снабжается пламяпреградителем.

Перед непосредственной подачей газа в МО в газопровод подается одоризующее вещество для придания топливному газу характерного запаха. Одоризация газа способствует установлению его утечек по запаху. Система одоризации полностью автоматизирована. Количество одоризирующего газа строго пропорционально количеству подаваемого на утилизацию ИПГ.

Для подачи ИПГ в МКО служит специальный трубопровод, отдельные участки которого соединяются только сваркой. Этот трубопровод не должен проходить через жилые, служебные помещения и посты управления, а через другие помещения он может проходить, если трубопровод выполнен двойным (труба в трубе) с пустотелым пространством-коффердамом вокруг внутренней трубы. Это пространство заполняется инертным газом, причем давление инертного газа должно быть больше давления метана во внутренней трубе. Если давление инертного газа падает, срабатывает аварийная сигнализация. Вместо инертизации межтрубное пространство допускается оборудовать принудительной вытяжной вентиляцией, обеспечивающей не менее 30 обменов воздуха в час и поддерживающей давление в коффердаме ниже атмосферного. Указанная система вентиляции оборудуется блокировкой, исключающей подачу метана по трубопроводу при неработающем вентиляторе либо при недостаточном потоке воздуха в межтрубном пространстве.

Перечисленными мерами системы безопасности утилизации газов не ограничиваются. Существует много различных блокировок, перекрывающих подачу газа в МО, останавливающих компрессоры, имеются автоматические газоанализаторы. Если в грузовом танке возникает вакуум, на куполах танков срабатывают вакуумные предохранительные клапаны. Объемные газовые компрессоры оборудуются предохранительными клапанами, соединяющими сторону нагнетания со стороной всасывания компрессора и рассчитанными на пропускную способность такую, при которой рабочее давление не должно быть превышено более, чем на 10 %.

Имеется определенная специфика утилизации ИПГ в котлах и в дизелях. Топочное устройство котла имеет конструкцию, позволяющую газообразное и нефтяное топливо сжигать как по отдельности, так и одновременно в любых соотношениях. Независимо от соотношения подач этих топлив ре-

150