BASKAKOV

61

Эффективность больших судов гораздо больше, чем малых, поэтому суда такого типа строят вместимостью свыше 100000 м3.

Преимущества судов рефрижераторного типа:

•Наиболее полное использование полезного объема корпуса.

•Увеличение плотности перевозимого груза за счет низких температур и, следовательно, увеличение полезной загрузки.

•Уменьшение влияния свободной поверхности за счет заполнения танков до уровня купола или установки продольных переборок в танках.

Недостатки:

•Высокая стоимость низкотемпературных сплавов, используемых для изготовления грузовых танков, магистралей и клапанов.

•Необходимость изоляции грузовых танков и трубопроводов для уменьшения проникновения тепла в

груз.

•Необходимость установки вторичного барьера, т. е. двойного корпуса.

•Для поддержания низкого давления в танках и низкой температуры установка повторного сжижения должна быть достаточно мощной, что влечет за собой дополнительные расходы.

•Необходимость поддержания инертной атмосферы с низкой влажностью вокруг грузовых танков.

•Использование этих судов только для больших партий однородного груза снижает их эффективное использование на рынке.

СУДА ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА - МЕТАНОВОЗЫ

Природный газ всегда транспортируется в полностью охлажденном виде при температуре —161°С и атмосферном давлении. Хотя в США природный газ уже много лет перевозили на специально оборудованных баржах, первое судно для трансокеанской перевозки метана было построено в 1959 г. Это был «METHANE PIONEER», который доставил 4000 м3 метана из США в Великобританию. После этого произошли значительные изменения и в конструкции судов для перевозки метана, и в их размерах.

Грузовые танки на метановозах (рис. 32) выдерживают давление до 2 бар и температуру до -163°С. Вместимость танкеров-метановозов, которые используются в настоящее время, превышает 125 000 м3, а в недалеком будущем планируется построить метановоз вместимостью свыше 300 000 м3.

На метановозах используются грузовые танки двух типов: самоподдерживающиеся и встроенные. Из-за теплообмена груза с окружающей средой часть его испаряется. Понижать избыточное свыше

допустимого давление паров можно:

•стравливая давление в атмосферу,

•используя газ как топливо,

•сжижая газ и возвращая пары в танк.

Рис. 32. Газовоз-метановоз

На первом судне, перевозившем метан через океан, от избыточного давления в танках избавлялись, используя первый метод. Однако сейчас метан используют как топливо для главного двигателя совместно с обычным топливом. В качестве главного двигателя на таких судах применяют паровую турбину, но существуют и танкеры с дизельными энергетическими установками, использующими и метан, и дизельное топливо (рис. 33).

Количество испаряющегося газа должно быть не больше необходимого для силовой установки. Например, на метановозе вместимостью 125 000 м3 ежедневно испаряется от 0,18 до 0,25% общего количества груза. Это значит, что примерно 70—75% топлива, нужного для обеспечения полного хода, можно получить за счет использования метана.

62

Рис. 33, Утилизация выпара на метановозах

Перед погрузкой природного газа грузовые танки следует захолодить ‘до температуры —135°С, чтобы избежать разрушения материала танков в результате перепада температур. Такое захолаживание проводят при использовании системы

распыления груза в пространстве танка в соответствии с температурно-временными характеристиками для данного судна. Обычно скорость захолаживания 5—7 град/ч.

Выгрузка производится при помощи погружного насоса, который устанавливается внутри специальной колонны в центре танка. Причем и электромотор, и насос представляют собой единую систему и расположены в нижней точке танка, груз используется для охлаждения электродвигателя и смазки насоса.

Следует иметь в виду, что средние и небольшие метановозы часто оборудуют установкой для сжижения газа, что позволяет использовать их для перевозки этилена и нефтяных газов. Оборудование же больших метановозов установками для сжижения газа не эффективно, поскольку мощность такой установки для судна вместимостью 125 000 м3 должна быть свыше 8500 л. с.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ГАЗОВОЗОВ

КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОВЫХ ТАНКОВ

Для перевозки сжиженных газов используются самые разнообразные конструкции грузовых танков. При этом учитываются такие параметры, как

•максимальное рабочее давление,

•максимальная температура груза,

•конфигурация танка,

•материал, используемый в конструкции танка.

В соответствии с правилами ИМО грузовые танки, предназначенные для перевозки сжиженных газов, делятся на пять основных групп;

•встроенные,

•мембранные,

•полумембранные,

•независимые типов А, В и С,

•с внутренней изоляцией.

Встроенные танки объединены с корпусом судна, испытывают внешние нагрузки и участвуют в обеспечении целостности и прочности корпуса.

Рабочее давление в таких танках, как правило, не превышает 0,25 бара, однако оно может быть увеличено до 0,7 бара, если соответствующим образом увеличивается размер и количество внутренних связей танка.

Поскольку в судостроении используется сталь с температурным пределом не ниже -10°С, практического применения при перевозке сжиженных газов такие танки не находят.

Мембранные танки (рис. 34) не являются самонесущими (Self-supporting), состоят из тонкой мембраны, уложенной на изоляцию. Изоляция, в свою очередь, располагается прямо на корпусе судна, так что давление в танке напрямую передается конструкциям корпуса. Корпус является основным несущим элементом таких танков.

Мембрана танков проектируется таким образом, чтобы термические и другие виды расширения или сжатия компенсировались без ее чрезмерного напряжения. Чаще всего танки такой конструкции используются на судах Gas Transport французской постройки.

63

Для повышения безопасности мембранные танки должны быть окружены вторичным барьером. Это достигается за счет установки дополнительной мембраны внутри слоя изоляции.

В результате конструирования мембранного танка (рис. 35) получается своеобразный «слоеный пирог», который состоит (по направлению внутрь танка) из следующих слоев:

•борт судна;

•вторичная изоляция;

•вторичный барьер;

•первичная изоляция;

•первичный барьер;

•груз.

Толщина первичной мембраны — 0,5 мм, ее изготовляют из ИНВАРстали (содержит 36% никеля), коэффициент термального расширения которой практически равен нулю, поэтому термальное сжатие—расширение танка исключаются. Зачастую в виде изоляции используется перлит — сыпучий материал в виде крупы, состоящий из маленьких стеклянных шариков, наполненных воздухом (рис. 35). Рабочее давление таких танков обычно не превышает 0,25 бара.

Рис. 35. Строение изоляции мембранного танка

Полумембранные танки также не являются самонесущими в загруженном состоянии, состоят из оболочки, частично поддерживаемой через изоляцию смежными конструкциями корпуса судна.

Компенсация термического и других видов расширения или сжатия достигается за счет округления угловых частей первичной оболочки танка.

Для танков такого типа также необходима установка вторичного барьера.

Вторичный барьер, как и в предыдущем случае, создается за счет помещения внутри изоляции дополнительной мембраны, которая крепится к корпусу судна специальными стяжками. Сам танк изготовляется из алюминия или 9%-ной никелевой стали толщиной около 3 мм. Рабочее давление в танках не превышает 0,25 бара.

Независимые танки (вкладные цистерны) — самонесущие, не являются составной частью корпуса судна и не участвуют в обеспечения общей прочности корпуса.

Вкладные цистерны крепятся к корпусу судна только через специальные суппорты, позволяющие им сжиматься и расширяться независимо от корпуса судна.

Независимые танки можно разделить на три группы.

1. Независимые танки типа А (рис. 36) представляют собой герметичную оболочку в виде призмы, изготовленную из стали или алюминия, наиболее полно использующую полезный объем корпуса. Для обеспечения необходимой остойчивости и уменьшения влияния свободной поверхности танк разделен продольной переборкой на две части, которые соединены между собой рядом отверстий в куполе танка, т. е. в газовой части. В нижней части переборки обычно ставится переборочный клинкет, позволяющий использовать насосы как для одной части танка, так и для обеих частей. Танк устанавливается над вторым дном на специальные кронштейны, изготовленные из твердых пород

64

свободно расширяться и сжиматься. Для таких танков требуется вторичный барьер. На судах LPG это решается использованием низкотемпературной стали в конструкциях корпуса, примыкающих к грузовому танку.

На судах, построенных по проекту English Conch, используют танки такой конструкции для перевозки природного газа при температуре -163°С. Их изготовляют из алюминия или 9%-ной никелиевой стали. В качестве изоляции применяют комбинацию полиуретановой пены, стекловолокна и бальсы. Вторичный барьер при этом размещают внутри слоя изоляции в виде стальной мембраны для предотвращения прямого контакта холодного груза с корпусом судна в результате протечки. Рабочее давление в танках не превышает 0,25 бара.

2. Независимый танк типа В (рис. 37, 38) может быть точно таким же, как и типа А, но должен быть освидетельствован как более безопасный, чем первый. При оценке и анализе прочности материала, из которого изготовлен танк, его износостойкости и ломкости в процессе старения металла используют более строгие критерии. Танки такого типа обычно требуют установки частичного вторичного барьера.

Нормальное рабочее давление в таких танках должно быть 0,25 бар, однако оно может быть увеличено до 0,7 бар.

Примером танков типа В могут служить и сферические танки Moss-Rossenberg, предназначенные для перевозки природного газа. Это самоподдерживающие танки, которые закреплены в цилиндрических стаканах.

Изготовлены они из алюминия или стали, содержащей 9% никеля. Внутри танка находится цилиндрическая колонна, где помимо всего прочего располагаются все трубопроводы. Танк и часть крепежного стакана изолированы полистиролом. Танки построены по принципу Leak before failure (небольшая течь перед полным разрушением) и отвечают высоким требованиям безопасности.

Так, незначительная протечка груза, постепенно после ее появления увеличиваясь, приведет к разрушению танка спустя примерно год, если судно будет находиться в Северном море в сезон штормов. Благодаря такому запасу прочности устанавливать сплошной вторичный барьер не требуется, но для обнаружения протечек и сбора газа под каждым танком размещают небольшой вторичный барьер.

3. Независимый танк типа С должен соответствовать требованиям безопасности, которые предъявляются к сосудам под давлением. Поскольку эти требования довольно высоки, вторичный барьер вокруг танков типа С не делают. Танки изготавливают в форме одинарного или двойного цилиндра и крепят к корпусу судна с помощью специальных подушек из твердых пород дерева. На одной из подушек танк закреплен жестко, а остальные позволяют ему свободно сжиматься и расширяться независимо от корпуса судна. Танки такого типа используют как на судах, перевозящих газы под частичным давлением, так и на судах, перевозящих газы под полным давлением паров.

Танки с внутренней изоляцией не являются самонесущими; состоят из теплоизоляционных материалов, обеспечивающих стабильность температуры груза и поддерживаемых конструкциями внутреннего корпуса или вкладной цистерны.

Цистерны такого типа могут быть двух типов:

тип 1 — емкости, в которых изоляция или сочетание изоляции и облицовки выполняют роль первичного барьера, а внутренний корпус или конструкция вкладной цистерны — функции вторичного барьера;

тип 2 — емкости, в которых изоляция или сочетание изоляции и одного или более слоев облицовки выполняют функции как первичного, так и вторичного барьеров, причем хорошо различимых.

65

Облицовка — тонкий несамонесущнй, металлический или композитный материал, который образует часть емкости с внутренней изоляцией для того, чтобы увеличить его сопротивляемость излому или улучшить его другие механические качества. Облицовка в отличие от мембраны не может служить барьером для жидкости.

Нормальное рабочее давление в таких танках не превышает 0,25 бара.

ЗАЩИТА ГРУЗОВЫХ ЕМКОСТЕЙ ОТ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Согласно требованиям ИМО, суда-газовозы должны иметь соответствующую защиту грузовых емкостей от повреждений в случае посадки на мель или столкновения. При этом степень защиты емкостей зависит от размеров судна и степени биологической опасности перевозимых грузов для окружающей среды и человека.

Газовоз типа 1G предназначен для перевозки особо опасных для окружающей среды грузов (хлор, бром, метил, этиленоксид и пр.), что требует максимальной защиты грузовых помещений от повреждения в случае столкновения или посадки на мель (см. рис. 39, 40).

Для перевозки менее опасных грузов правила ИМО предусматривают минимальное расстояние между танками и наружной обшивкой 7б0 мм.

Суда, перевозящие сжиженные газы под частичным давлением паров, оборудуют установкой для сжижения газа, которая позволяет в процессе транспортировки груза держать его охлажденным и соответственно поддерживать относительно низкое давление в танках. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить толщину стали, используемой для изготовления танков.

Установка для сжижения газа обычно размещается на главной палубе в специально оборудованном помещении.

Для выгрузки груза используются центробежные насосы, установленные в специальных колодцах грузовых танков. Такие насосы обычно состоят из многоступенчатого центробежного насоса, вала привода и трубопровода от насоса к куполу танка, где находится привод насоса. В качестве привода используются электромоторы. В каждом танке ставят один насос. Кроме того, на палубе устанавливают два бустерных

насоса, которые обеспечивают выгрузку судна при наличии большого противодавления в береговом трубопроводе или выгрузку с подогревом груза. Каждый танк оборудуется системами контроля за температурой, уровнем груза, давлением в танке. Система трубопроводов на судне, перевозящем грузы под частичным давлением, намного сложнее, чем на судах, перевозящих газы при полном давлении. Оно имеет систему охлаждения груза и, кроме того, нагрева груза во время выгрузки. Зачастую грузовые танки разделены на несколько групп с тем, чтобы можно было одновременно перевозить два и более грузов.

Современные суда такого типа могут перевозить еще и некоторые жидкие химические грузы, поскольку в конструкции танков предусмотрена возможность перевозки грузов с высокой плотностью.

МАТЕРИАЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТАНКОВ

Танки различных групп изготовляют из специальных материалов. При этом наиболее важным фактором при выборе материала является его структурная устойчивость к воздействию низких температур.

При изготовлении грузовых танков для перевозки грузов с температурой -55° С обычно используется углеродисто-марганцевая сталь, для фузов с температурой —65°С — сталь с содержанием никеля 2,25%,

66

для грузов с температурой -90°С — сталь с содержанием никеля 3,5%, для грузов с температурой -165°С

— сталь с содержанием никеля не ниже 9% или же сплавы алюминия, не теряющие свою прочность при очень низких температурах.

Мембранные танки изготовляют из волнистых пластин специальной нержавеющей стали (или из сплавов с нулевым коэффициентом термального расширения), что позволяет ей свободно сжиматься или расширяться.

При проектировании газовозов и выборе типа танка в расчет принимают следующие условия и параметры;

•давление внутри танка;

•внешнее давление;

•динамические усилия, возникающие при движении судна;

•термальные воздействия;

•возникающие гидравлические удары внутри танка;

•изгибающие моменты судна;

•вес элементов конструкций танка и груза;

•вес изоляции танка;

•силу Архимеда, воздействующую на танк, если свободное пространство вокруг него заполнено водой;

•расстояние.от корпуса судна до внешней оболочки танка.

ИЗОЛЯЦИЯ ГРУЗОВЫХ ТАНКОВ

При транспортировке грузов с температурой ниже -10°С требуется грузовые танки изолировать, чтобы избежать воздействия низких температур на корпус судна. Основная функция изоляции грузовых танков — снижение количества тепла, проникающего внутрь груза, с целью уменьшения количества испаряющегося газа и снижения давления внутри танка.

Чаще всего в качестве изоляции используют следующие материалы:

•полиуретан

•полистирол,

•перлит,

•бальсу.

Передача тепла через изоляционный материал может происходить тремя путями:

•за счет радиации тепла,

•за счет теплопроводности твердых материалов изоляции,

•за счет теплопроводности воздушных барьеров или газов, находящихся в изоляции.

Использование большинства изоляционных материалов основано на теплоизолирующей способности неподвижного воздуха. Теплопроводность неподвижного воздуха составляет около 0,024 Вт/(мК).

В принципе все изоляционные материалы изготавливают так, чтобы воздух заполнял поры материала или находился между слоями различных материалов. Очень важно, чтобы воздух оставался неподвижным, поскольку его движение приведет к конвекции, т. е. передаче тепла. Поэтому основная задача при создании изоляционного материала — заключить воздух в порах или так, чтобы тонкие волокна материала задерживали его молекулы.

Теплопроводность ячеистых, пористых или волокнистых материалов в значительной степени определяет общую теплопроводность изоляции. До тех пор, пока диаметр пор или ячеек материала будет больше, чем длина свободного пути, совершаемого молекулой газа, но меньше, чем требуется для возникновения конвекции, величина теплопроводности материала данного газа будет постоянной.

Если заменить воздух каким-либо газом, теплопроводность которого меньше теплопроводности воздуха, получится изоляционный материал с теплопроводностью ниже, чем теплопроводность неподвижного воздуха. Такие материалы получают при использовании различных пластмасс или полиуретана, где поры материала заполнены не воздухом, а парами фреона, у которого теплопроводность ниже, чем у воздуха.

Виды изоляционных материалов. Все материалы, которые используются в судостроении в качестве изоляции, можно разделить на три основных типа.

•Твердые материалы, которые могут выдерживать значительные нагрузки и использоваться в качестве поддержки танков в корпусе судна. Примером таких видов изоляции могут служить некоторые породы дерева, используемые в качестве изоляционного материала (бальса, азоб), или пластики с высокой плотностью. Все эти материалы должны выдерживать нагрузки, которые испытывает танк при термальных воздействиях.

•Эластичные материалы, такие как минеральная вата или пористые пластики низкой плотности. Их наносят на поверхность танка с помощью клея и (или) различного крепежа, который обеспечивает надежное крепление изоляции к поверхности танка или же ко вторичному барьеру.

67

• Изоляционные материалы в виде порошка (типа перлита), которым заполняют все пространство вокруг танка. При этом изоляционный материал, изготовленный в виде порошка, легко (как жидкость) заполняет весь объем трюмного пространства или же вторичного барьера. Материалы такого типа очень часто используются для изоляции танков на судах, перевозящих грузы под атмосферным давлением.

Минеральная вата. Название «минеральная вата» объединяет целый ряд различных органических и неорганических тонковолоконных материалов, которые можно также разделить на два вида: стекловата и горная вата. Минеральная вата поставляется и используется в виде листов или матов.

Стекловата производится из расплавленного стекла, которое при его вращении формирует очень тонкие (диаметром около 0,005 мм) волокна. После того как в массу стеклянных волокон вводится водоотталкивающий скрепляющий материал (обычно некоторые виды пластмасс), масса затвердевает и разрезается на листы или маты различных формы и размеров. Плотность стекловаты составляет 18—20 кг/м3.

Горная вата изготавливается из некоторых минералов, которые плавятся при температуре около 1600° С. Производство волокон из такой массы аналогично производству стекловолокна. В качестве скрепляющего материала также используется пластик. Плотность каменной или горной ваты — 40—50 кг/м3 и более.

Стекловату и горную вату можно применять не в виде листов, а в виде наполнителя, в таком случае не

потребуется скрепляющий материал, однако плотность его существенно увеличится и составит около 100 кг/м3.

Перлит изготавливают из губчатого вулканического камня. Основу материала составляют кремний (71%) и окислы алюминия (16%). Природный материал содержит в своем составе около 3,5% воды, поэтому при его нагревании свыше 1200°С вода вскипает и «раздувает» материал, образуя при этом множество заполненных воздухом ячеек, которые увеличивают объем перлита в 10—20 раз. При испарении воды происходит отделение заполненных воздухом шариков, и материал «взрывается» с образованием мельчайших шариков, заполненных воздухом. Размер таких шариков не более 3 мм в диаметре, и они способны выдерживать довольно большие механические нагрузки. Плотность перлита составляет около 50 кг/м3.

Пористые пластики. В мире существует очень много пористых пластиков, однако для изоляции грузовых танков на газовозах производители ограничиваются использованием полиуретана и полистирола.

Полиуретан состоит из изоцианидов и полиола. Оба этих вещества производятся в жидкой форме, изоциа-ниды больше походят на жирное масло, а полиол более напоминает лак. При их смешивании с добавлением воды начинается реакция с выделением большого количества теплоты. Атомы углерода, находящиеся в составе изоциани-да, объединяются с атомами водорода, находящимися в составе полиола, с выделением углекислого газа. Из-за большого количества выделяемого в процессе реакции тепла происходят нагрев углекислого газа и расширение материала с образованием большого количества пены, причем на 90% эта пена содержит замкнутые ячейки, заполненные газом.

Полиуретановую пену наносят распылением жидкого полиуретана на поверхности танка. При этом ценообразование начинается в момент контакта жидкости с поверхностью танка и ведет к увеличению ее объема в 30—40 раз. Плотность полиуретановой пены — 40 кг/м3.

Полистирол. Материал, который используется для производства полистирольной изоляции. При расширении он образует пену с огромным количеством ячеек (пузырьков), заполненных газом. Для заполнения пузырьков используются различные газы, которыми продувают полистирол.

Производство изоляции осуществляется в два этапа. На первом происходит образование в жидкости пузырьков диаметром 1—6 мм, т. е. предварительное расширение материала. На втором этапе через 2—4 дня материал заливают в формы, где его расширение продолжается. После отвердевания материала образуются блоки с зернистой структурой, где каждый пузырек газа заключен в свою собственную оболочку. Для того чтобы завершить процесс затвердения, необходимо подогреть пластик до необходимой температуры (произвести вулканизацию). Для этого используется перегретый пар или электрические нагревательные элементы.

Влажность изоляции. Атмосферный воздух содержит некоторое количество водяных паров, которые осаждаются на поверхностях с низкими температурами. Поэтому поверхность изоляции грузовых танков должна быть покрыта материалом с очень низким коэффициентом диффузии, предотвращающим проникновение паров воды внутрь изоляции. Однако даже если таким материалом покрыть наружную поверхность изоляции, это не обеспечит 100%-ной задержки паров воды.

Практически такое требование выполняют, покрывая места крепления танков, трубопроводов, куполов танков материалом с низким коэффициентом диффузии. Главной характеристикой таких материалов является их способность противостоять диффузии газов и способности к осаждению паров воды. Перлит, стекловата и горная вата имеют очень низкий коэффициент защиты от диффузии газов, тогда как пористые пластики хорошо защищают танки от влаги. Если коэффициент диффузии воздуха составляет 1,0, то перлита — 1,2, минеральной ваты — 1,4, а пористых пластиков - 50-170.

Известны следующие способы предотвращения попадания влаги в изоляцию танков.

• Покрытие изоляции полиэстерами, усиленными стекловолокном, однако такое покрытие легко разрушается и должно быть довольно толстым, чтобы выдерживать значительные нагрузки.

68

•Покрытие изоляции битумами или асфальтом с использованием слоев стеклоткани в качестве усиления.

•Нанесение алюминиевой фольги непосредственно на пористый пластик.

ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ ГАЗОВОЗОВ

Конструктивно все грузовые системы предназначены минимизировать протечки груза из танков и трубопроводов. Это обеспечивается следующим:

•Выбором необходимых материалов для их изготовления и контролем.

•Всесторонней проверкой танков и главных составляющих оборудования.

•Соответствующим расположением систем и оборудования.

Системы трубопроводов. Сжиженные газы грузят на борт и выгружают на берег при помощи судовых грузовых трубопроводов. Системы трубопроводов позволяют также обеспечить вентиляцию и инертизацию грузовых танков, нагрев и охлаждение груза. Системы полностью закрыты. Не допускаются протечки газа из трубопроводов или же попадание воздуха внутрь них. Системы трубопроводов могут сообщаться с атмосферой только при помощи специальных фланцевых соединений или клапанов (соединения с вентиляционной мачтой).

Все трубопроводы, предназначенные для транспортировки газов под давлением, оборудованы специальными предохранительными клапанами пружинного типа (рис. 41), которые позволяют стравливать избыточное давление в них на вентиляционную мачту.

Все трубопроводы и фланцевые соединения изготавливают из легированной стали, содержащей никель, что позволяет им выдерживать низкие температуры при транспортировке грузов, предусмотренных конструкцией судов.

Грузовые трубопроводы имеют температурные компенсаторы, во избежание чрезмерных нагрузок при термальном сжатии или расширении грузовых танков и самих трубопроводов. Трубопроводы, предназначенные для грузовых операций, можно объединить в следующие группы:

•для жидкой фазы груза;

•для газовой фазы груза;

•охлаждающей системы (забортной воды);

•для инертного газа и вентиляции танков;

•различных вспомогательных систем.

Системы грузовых трубопроводов могут быть также разделены на судне на две группы или более. Это означает, что судно может перевозить два и более грузов одновременно. Такая система (если необходимо) может быть разделена на несколько групп с помощью специальных съемных проставок с фланцами — «катушек». Разъединить систему придется, если судно готовится к перевозке нескольких партий груза одновременно. Этот вид разобщения грузовых магистралей исключает смешение грузов в процессе их погрузки—выгрузки и транспортировки.

Основные грузовые магистрали (манифолды или кроссоверы) располагаются в средней части грузовой палубы судна, отдельно для паров и отдельно для жидкости. Жидкостная грузовая магистраль соединена с погрузочной магистралью каждого танка, а также с грузовыми и бустерными насосами.

Газовая магистраль соединена с системой газоотвода грузовых танков и с системой охлаждения груза.

Рис. 41. Схема стравливания избыточного давления (газоотвода) с помощью предохранительных клапанов.

На судах, перевозящих грузы при полном давлении, грузовая система очень проста. Обычно она состоит из погрузочно-разгрузочного трубопровода и трубопровода газоотвода. На судах такого типа нет системы охлаждения груза или грузовых насосов, поскольку груз перевозят при температуре окружающей среды, а выгрузку осуществляют выдавливанием груза за счет избыточного давления в танке. Создание

69

необходимого давления производится либо судовым, либо береговым компрессором.

Грузовая система на судах, перевозящих грузы частично под давлением, более сложная. Помимо системы охлаждения фуза, она включает еще грузовые насосы и систему подогрева груза в море или во время выгрузки и т. д.

Суда, перевозящие полностью охлажденные грузы, имеют почти такую же грузовую систему, как и суда, перевозящие газы под частичным давлением. Однако некоторые системы, кроме систем охлаждения груза, на них не используются.

Система охлаждения груза. Большая разница температур между грузовыми танками и окружающим их пространством обусловливает приток теплоты от окружающей среды в грузовые танки. В результате груз закипает и начинает испаряться. Если выхода паров груза из танка нет, то давление над поверхностью жидкости будет повышаться, так же как и температура груза. Дополнительная теплота, поступающая в танк, будет использована на нагрев жидкости.

Если конструкция танка выдерживает высокое давление, процесс нагрева груза будет продолжаться до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой окружающей среды. Например, если пропан в танке нагреть до +30°С, то давление в нем поднимется до 11 бар. Однако многие танки не выдерживают столь высокого давления, Чтобы удержать давление и температуру в них в пределах нормы, необходимо удалить пары газа, образовавшиеся при его кипении, сконденсировать их и вернуть обратно в танк. Такой процесс возможен при наличии на судне системы повторного сжижения газа или установок непрямого охлаждения.

Система повторного сжижения газов. Сущность работы установки повторного сжижения газа (охлаждения и конденсации выпара) сводится к отводу излишнего тепла из грузового танка и передаче его охлаждающему агенту при помощи теплообменника. Такая операция позволяет избежать потерь груза при его транспортировке.

При этом груз охлаждается не за счет сброса конденсата (конденсат после дросселирования имеет ту же температуру, что и груз в танке), а за счет понижения давления в танке и, следовательно, понижения температуры кипения груза.

Состав и принцип работы установки повторного сжижения газа зависит от размеров судна и типа грузов, для перевозки которых газовоз предназначен. В основном используются два вида систем повторного сжижения:

•прямого сжижения;

•каскадные системы сжижения.

(См. раздел «Установки повторного сжижения газов»).

Установки непрямого охлаждения. Основное отличие системы непрямого охлаждения в том, что сам груз не используется как охлаждающий агент. Обычно это системы закрытого типа, где в качестве охлаждающего агента в системе сжижения используется R22 или этанол.

Рис. 42. Насосная (а) и безнасосная (б) установки непрямого охлаждения груза

На газовозах обычно используются следующие виды непрямого охлаждения груза:

•охлаждение внешней поверхности грузового танка с помощью специальной системы;

•охлаждение жидкого груза при помощи палубных теплообменников.

70

Установки повторного сжижения, действующие по схеме непрямого охлаждения, более безопасны, чем установки с прямым сжижением. В настоящее время используются насосные и безнасосные установки (рис. 42). В первых груз с помощью насоса прогоняется через теплообменник и возвращается в танк, во вторых охлаждающие змеевики располагаются в верхней части танка или же снаружи.

Система инертного газа. Инертный газ на борту судна может быть получен при помощи эффективного сжигания дизельного топлива в так называемом генераторе инертного газа (рис. 43) с образованием минимального количества серы в выхлопных газах. При таком сжигании содержание кислорода в выхлопных газах очень мало — около 0,5%, и основные составляющие инертного газа — азот (84—85%) и углекислый газ (14—15%).

Под инертным газом понимают смесь газов или газ, которые не вступают в химическую реакцию с взрывоопасными парами и не поддерживают процесс горения.

Инертный газ содержит также небольшие количества сажи, паров воды и окислов азота и серы. Для очистки его отсажи и окислов серы он должен пройти через специальные фильтры и систему охлаждения — промывочную башню или скруббер (рис.44)

Взаимодействуя с водой, окислы серы образуют серную кислоту, которая вымывается из газа вместе с конденсатом. Однако содержание кислорода в инертном газе после прохождения промывочной башни несколько увеличивается из-за наличия в воде свободных молекул кислорода.

После очистки газа в скруббере его относительная влажность составляет 100% при данной температуре. А минимальные требования, предъявляемые к влажности инертного газа, определяют его точку росы не выше 5°С, поэтому газ необходимо охладить. При температуре точки росы 5°С содержание воды в атмосфере составляет 7 г/м3.

После прохождения инертным газом фреонового холодильника его точка росы может снизиться до — 20°С. Такая осушка газа необходима, чтобы избежать образования льда в системах и грузовых танках при погрузке грузов с низкой температурой транспортировки.

После очистки и охлаждения инертный газ (см. ниже) подается в систему грузовых трубопроводов и грузовые танки.