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 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.

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.

Рис. 43. Установка инертного газа Рис. 44. Скруббер

Состав после очистки и осушки инертного газа:

Компонент	Содержание, %
Кислород	Не более 0,5
Угарный газ	Не более 0,1
Водород	Не более 0,1
Окислы серы	более 10 ррм
Окислы азота	Не более 100 ррм
Углекислый газ	Около 14
Азот	Не Около 85

Международные требования, предъявляемые к системе инертных газов.

Правила установки и использования систе­мы инертных газов определены в Кодексе ИМО для газовозов. Если судно перевозит взрывоопасные газы, система инертных газов используется для минимизации возможности образования взрывоопасных концентраций горючих газов в танках или трубопроводах в процессе дегазации. Более того, система трубопроводов инертного газа должна обеспечи­вать такой процесс инертизации, при котором не образуются «мертвые зоны» и «карманы», содержащие взрывоопас­ные смеси газов.

Кодекс ИМО предъявляет также требования к инертизации или заполнению (в зависимости от того, что необхо­димо при транспортировке данного груза) трюмных пространств и промежуточных барьеров сухим воздухом.

Система инертных газов должна быть оборудована невозвратными клапанами, предотвращающими попадание горючих паров в установку инертного газа, а также обеспечивающими избыточное давление в его магистрали.

Системы ИГ газовозов в отличие от устанавливаемых на нефтяных танкерах не имеют палубных водяных затворов. Причина этого очевидна — низкие температуры перевозимых грузов.

Система инертных газов должна быть оборудована устройством, обеспечивающим постоянный контроль за содер­жанием кислорода в них, которое не должно превышать 5% по объему. При превышении этой концентрации кислоро­да должна срабатывать система оповещения и сигнализации. Более того, при снижении давления в трубопроводах инертного газа и повышении содержания кислорода в его составе система инертного газа должна автоматически отклю­чаться от потребителя.

Принцип работы системы инертного газа. На рис. 43 схематично изображена система инертного газа (ИГ). В камере сгорания происходит сжигание дизельного топлива при возможно низком содержании кислорода, что обес­печивает полное сгорание топлива и минимальное содержание кислорода в инертном

газе. Камера сгорания охлажда­ется с помощью пресной воды. Из этой камеры газы поступают в промывочную башню, где происходит очистка и охлаждение с помощью распыленной забортной воды. Очень важно поддерживать определенный уровень забортной воды в скруббере. После очистки инертный газ должен пройти через фреоновый охладитель, где его температура понижается до 5°С и происходит отделение водного конденсата.

И наконец, заключительный этап — это окончатель­ная просушка инертного газа с помощью силикагеля (рис. 45). В осушительных колоннах происходит окон­чательное удаление влаги из инертного газа, что позво­ляет снизить точку росы с +5°С до -60°С. Обычно ис­пользуется две осушительные колонны, которые разме­щаются попеременно. Когда одна колонна находится в работе, в другой в это время происходит регенерация силикагеля.

Система инертного газа может также использоваться для получения «сухого воздуха». При этом ее нагнета­тельные вентиляторы используются в обход генератора инертных газов.

Подсоединяется система к грузовым трубопроводам с помощью шланга или специального съемного соединения, что обеспечивает полную изоляцию установки инертного газа от проникновения в нее опасных паров, когда система

не используется .

Рис. 45. Установка химической осушки инертного газа

! По окончании процесса инертизации съемное соединение надо удалить и используемые трубопроводы заглушить.

Из-за опасности проникновения горючих паров в установку инертного газа перед каждым ее использованием необходимо проверять состояние и работу системы невозвратных клапанов.

Использование инертного газа. Главное назначение инертного газа — предотвращение внутри грузовых танков и трубопроводов возникновения взрывоопасной концентрации горючих газов. С этой целью поддерживается постоян­ным содержание кислорода и горючих газов в атмосфере танка вне пределов взрываемости в соответствии с картой взрывоопасных концентраций для данного продукта (см. «Использование приборов по контролю атмосферы в тан­ках»).

Использование инертного газа при перевозке аммиака ЗАПРЕЩЕНО из-за того, что он вступает в химическую реакцию с углекислым газом с образованием солей, таких как аминокарбонаты и аминонокарбаматы. Наличие этих солей может привести к блокированию клапанов, трубопроводов и т. д.

Использование азота на газовозах. Перед погрузкой продуктов, которые требуют очень низкого содержания кисло­рода в атмосфере танка (бутадиен, VCM и т. д.), его нужно продуть азотом с берега.

Некоторые суда, перевозящие пропилен оксид, оборудуются системой автоматической подачи азота в грузовые танки. Поскольку азот имеет свойство частично растворяться в грузе, в процессе перевозки пропилена оксида давле­ние азотной подушки в танке падает и возникает необходимость подачи в него дополнительного азота.

Система автоматической подачи азота состоит из 28 азотных баллонов (80-литровые с давлением 160 бар), трубо­проводов и регулировочных клапанов, которые срабатывают при понижении давления в системе ниже 0,35 бар.

При выгрузке пропилена оксида азот подают с берега для поддержания позитивного давления в танке. По оконча­нии выгрузки выпаривание остатков груза также производится горячим азотом.

Небольшое количество газовозов оборудовано установками по производству азота на борту судна из атмосферного воздуха. Используется две разновидности таких систем:

• PSA (Pressure Swing Absorption), основанная на поглощении кислорода воздуха специальными молекулярными фильтрами с активным углеродом, причем чистота получаемого азота довольно высока, содержание в нем кислорода не превышает 4 ррм;

• основанная на разнице скоростей молекул при прохождении мелковолокнистого фильтра (рис. 46). Молекулы кислорода, воды и углекислого газа проходят такие фильтры беспрепятственно, а вот молекулы азота задержи­ваются внутри них и отводятся в специальное хранилище.

Рис. 46. Установка для получения азота с микроволокнистыми фильтрами

Система подогрева груза. Иногда возникает необходимость в подогреве груза до температуры несколько выше той, чем при его транспортировке. Это необходимо, например, если береговые приемные сооружения предназначены для хранения газов под полным давлением, а системы трубопроводов изготовлены из материалов, не предназначен­ных для столь низких температур. Для того чтобы нагреть груз, суда оборудуют палубным теплообменником (рис. 47), где подогрев груза происходит за счет его теплообмена с забортной водой.

На переходе морем груз может быть частично нагрет (не выше температуры, соответствующей установочному давлению предохранительных клапанов), например, при его прокачке через подогреватель и сбросе груза обратно в танк.

В теплообменнике газ проходит через внутренние трубки малого диаметра, а забортная вода свободно омывает эти трубки. Для того чтобы вода в теплообменнике не замерзала, устанавливают температурный датчик и систему сигна­лизации, которая срабатывает при достижении забортной водой определенной температуры (5°С). При этом происходит автоматическое отключение бустерного насоса и прекращается поступление груза в теплообменник. Производительность теплообменника (подогревателя) показана на графике (рис. 48).

Некоторые суда, предназначенные для перевозки нефтяных газов, оборудуют дополнительно еще и паровым подо­гревателем. В нем груз проходит через ряд трубок небольшого диаметра, а пар подается во

внешний контур обогрева­теля. Правда, из-за низкой теплоотдачи пара подогрев груза не может быть произведен с интенсивностью, обеспечи­вающей полноценную скорость выгрузки, однако паровой

Рис. 47. Палубный подогреватель

подогреватель может быть успешно использован для нагрева паров груза во время выгрузки для предотвращения образования вакуума в танке или при выпаривании остатков груза из грузовых танков.

Дек-танк. На некоторых газовозах устанавливают дополнительно палубные танки, или дек-танки (один или бо­лее), для хранения в них груза (в основном пропана или аммиака). Цель установки таких танков — сэкономить время при смене одного груза другим.

Грузовые танки могут быть продуты после инертизации парами груза из дек-танка. Обычно объем их около 30—40 м³, и они выдерживают давление от 15 до 18 бар. Газ хранится в них при температуре окружающей среды, поэтому необходимо очень строго придерживаться требований ИМО к пределам заполнения таких танков.

Система сжатого воздуха. Система сжатого воздуха на газовозах предназначена для работы следующих систем:

• аварийной остановки (ESD — Emergency Shut Down),

• контрольных,

• сервисных,

• индивидуальных систем открытия и закрытия клапанов,

• аварийного закрытия клапанов,

• охлаждения,

• орошения.

Сжатый воздух подается из машинного отделения в палубный трубопровод через специальный осушитель, который обеспечивает температуру точки росы в воздухе около -40°С. В осушителе, который для этого используется, обычно применяется метод химического удаления влаги. На палубе воздух по сервисному трубопроводу поступает на клапан­ные распределители приводов систем аварийной остановки и водяного орошения. Сервисный воздух используется также для подачи на управляющие клапаны системы охлаждения груза.

Рис. 48. Производительность палубного подогревателя

Температура морской воды, °C.

Example:

Assumed: Seawater consumption : 540 m ³/h

The cargo to be heated from -30°C to 0°C at discharging. CARGO PROPANE

Seawater tenperature : 15 °C. temperature: -30°C

Found:

Heating capacity: 187 ton/h

Note:

Seawater temperature out of heater must not be less then +5°C

Система аварийной остановки. Международные правила требуют, чтобы газовые и жидкостные судовые и берего­вые трубопроводы могли быть закрыты дистанционно. Такая необходимость может возникнуть в случае обрыва или протечки грузового шланга, стендера, трубопровода, пожара и т. д.

Дистанционное закрытие возможно при установке грузовых клапанов с пневматическим приводом. (Система аварийной остановки должна обеспечивать открытие клапанов при наличии давления в пневматике. При падении давления в ней ВСЕ КЛАПАНЫ ДОЛЖНЫ ЗАКРЫВАТЬСЯ ОДНОВРЕМЕННО (ESD).

Пульты активирования системы аварийной остановки должны быть расположены таким образом, чтобы аварий­ную остановку можно было произвести из различных стратегически важных мест судна:

• лобовая переборка надстройки;

• машинное отделение;

• ходовой мостик;

• компрессорное отделение;

• район манифолдов;

• купола танков;

• полубак.

Система управления аварийной установкой должна также оборудоваться предохранителями, которые плавятся при достижении температуры 100°С, обеспечивают падение давления в сервисном трубопроводе и активируют систему аварийной остановки. Более того, обычно устанавливаются два прессостата, которые также приводятся в действие системой управляющего воздуха. При срабатывании прессостатов останавливаются все компрессоры, грузовые и бус-терные насосы во время падения давления управляющего воздуха, т. е. при срабатывании системы ESD.

Сервисный, или управляющий, воздух подается также ко всем пневматическим приводам. Все приводы управля­ются при помощи тройных клапанов, которые обеспечивают открытие при наличии давления в воздушном трубопро­воде и стравливание давления в сервисном трубопроводе, когда управляющее давление падает.

Система сконструирована так, что можно вручную открыть и закрыть любой клапан благодаря тройным клапанам, установленным на пнепматичсских приводах.

При срабатывании системы аварийной установки все открытые клапаны закрываются, а компрессоры и насосы останавливаются.

Система водяного орошения. Все поверхности газовоза, которые находятся в контакте с взрывоопасными грузами, в процессе эксплуатации должны иметь температуру, которая исключает самовоспламенение газов. Для того чтобы предотвратить чрезмерный нагрев таких поверхностей, все газовозы оборудуют системами водяного орошения, кото­рые должны перекрывать:

• купола танков;

• манифолды;

• лобовую переборку надстройки;

• помещение компрессоров;

• палубные помещения, расположенные в опасной зоне.

Запуск системы орошения должен осуществляться из нескольких стратегически важных мест судна, как в районе грузовой палубы, так и за ее пределами.

Как и система аварийной установки, система орошения имеет плавкие предохранительные вставки, которые рас­положены в наиболее важных и опасных местах грузовой палубы, что обеспечивает ее автоматическое срабатывание при нагреве этих предохранителей свыше 100°С.