Добавил:
qwerty28071994
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:мой друг
.txt ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ:
Сравнение сжиженного углеводородного газа СУГ
и сжиженного природного газа СПГ. Экономическое обоснование.
На данный момент в качестве хранимого топлива для систем автономного газоснабжения, не связанных с магистральной линией подачи газа, широко распространены сжиженный углеводородный газ (СУГ) и сжиженный природный газ (СПГ). В маркировке на английском языке LPG (liquefied petroleum gas) и LNG (liquefied natural gas) соответственно.
СПГ - это смесь газов, образовавшихся в глубоких слоях Земли при анаэробном разложении органических соединений. Добыча производится из пластов и из нефтяных месторождений, где газ может быть побочным продуктом нефти. В некоторых случаях могут попадаться газогидраты - кристаллическая форма природного газа.
СУГ - это тоже смесь газов, но полученная из попутного нефтяного газа или из конденсатной фракции природного газа за счет разделения с помощью абсорбционно-газофракционирующей установки.
СУГ и СПГ могут быть взаимозаменяемыми. Сжиженный углеводородный газ может выступать как основным видом топлива, так и резервным в системе газоснабжения на сжиженном природном газе.
Особенности метана (СПГ)
Это природный простейший газ, не имеет цвета, запаха, взрывоопасен. Химическая формула — CH4. Для того чтобы вы почувствовали утечку в него добавляют одоранты — вещества которые придают ему запах. То есть вы можете почувствовать утечку и вовремя среагировать.
Метан сжижают при температурах ниже 160 градусов. Поэтому в обиходе он находится в газообразном виде. Он в несколько тысяч раз меньше по плотности бензина и несколько сот раз пропана. Для транспортировки и использования его сжимают в специальных баллонах до 230 атмосфер. При этом не смотря на очень высокое давление в баллоне в двадцать раз превышающее давление пропана находится он в них в газообразном виде, что исключает возможность жидкого впрыска топлива пятого и шестого поколения ГБО.
Баки для метана используются очень тяжелые и очень прочные. Обычный бак для пропана разорвет от такого давления. Поэтому одинаковом объеме газа у метана бак получается больше и тяжелее.
Октановое число метана равняется 110 единицам. Он прекрасно воспламеняется в цилиндрах двигателя. Оборудование, которое применяется для такого газообразного топлива, стоит дороже в два и более раз, чем оборудование для пропана. Все потому что давление большое и система должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать его и соблюдать нормы безопасности.
Плюсы метана:
Экологичен. Ведь это на 100% природный газ.
Цена. Немного дешевле пропана. Примерно 13 рублей за литр.
Быстро испаряется в воздухе. Если происходит утечка, то в открытом пространстве он быстро растворится.
Минусы метана:
Дорогое оборудование, в два раз дороже пропана.
Высокое давление 230 атмосфер.
Меньше компаний, которые возьмутся устанавливать метан.
Именно поэтому метан не такое востребованное топливо. Теперь рассмотрим расмотрим СНГ.
Особенности пропан-бутана (СНГ)
Пропан — углеродный газ, побочный продукт при добыче нефти. Не имеет
запаха, прозрачен и безвреден для человека. В него также добавляются одоранты, чтобы при утечках его могли почувствовать. Химическая формула
— C3H8.
Бутан — это также углеродный газ, который выделяется при схожих условиях. Его смешивают с пропаном для того, чтобы добиться нужного октанового числа. Причем в различные время года составы меняются: зимой больше пропана, а летом бутана.
Хранится он в баллонах в сжиженном виде. То есть он жидкий, а не газообразный — «плюхается» в баллоне. Также большим преимуществом является рабочее давление, которое составляет всего 14 атмосфер. Для него нужны емкости из более легкого металла и стенки баллона намного тоньше.
Оборудование стоит в два раза дешевле.
Плюсы пропана:
Дешевое оборудование.
Очень много компаний, которые обслуживают и устанавливают.
Низкое давление.
Хранится в сжиженном виде.
Минусы пропана:
Пропан дороже метана на примерно 3 рубля за литр. Пропап стоит 17 рублей против 14 за литр метана.
Более взрывоопасен, чем метан. При повреждении баллона не так быстро испаряется в атмосферу.
Пропан хоть и стоит чуть дороже, но обладает большим количеством плюсов.
Оба газа схожи между собой по нескольким параметрам:
сфера применения: тепло- и газоснабжение;
способность к испарению: хранение и транспортировка газа производится в жидкой фазе, которая при соблюдении определенной температуры преобразуется в газообразное состояние;
экологичность: при сжигании не происходит выброса соединений серы в атмосферу, отсутствует сажа и зола;
малая токсичность.
Отличия сжиженных газов СУГ и СПГ
Имея схожую структуру, параметры и физико-химические свойства, оба газа отличаются между собой, что дает возможность подобрать оптимальное топливо для технологической линии систем газоснабжения объекта.
ПОКАЗАТЕЛЬ СЖИЖЕННЫЙ УГЛЕВОДОРОД. ГАЗ
СУГ СЖИЖЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
СПГ
Состав Основные вещества: пропан и бутан, содержание не менее 95%
Дополнительные вещества: пентан, метан, этан, этилен, пропилен, бутилен Основное вещество: метан, содержание 85-95%
Дополнительные вещества: этан, пропан, бутан, азот, сероводород, меркаптановая сера
Способ хранения
газгольдеры криоцистерны, в которых поддерживается пониженная температура
Для выработки 1 Гкал необходимо сжечь нормального топлива 99,84 кг* 104,48 кг*
Критическая температура, свыше которой невозможно сжижение газа 96,84°C (пропан) -82,5°C (метан)
Плотность газовой фазы при 0°C 0,7168 кг/м3 2,0037 кг/м3
Плотность жидкой фазы при 0°C 416 кг/м3 528 кг/м3
Удельная теплота сгорания 45,58 МДж/кг 43,56 МДж/кг
Концентрация газа, необходимая для воспламенения концентрация паров пропана от 2,3 до 9,5 %, нормального бутана от 1,8 до 9,1 % (объемных) от 4,4 % до 17 % (объемных)
* Значение приведено условно, т.к. точность расчета напрямую зависит от состава применяемого на объекте газа
Исходя из данных в таблице выше, ключевым и наиболее важным различием является температура хранения. СУГ хранится в газгольдерах под давлением при температуре, близкой к температуре окружающей среды. Недостаточное испарение жидкой фазы может наблюдаться в районе Крайнего Севера, где температура воздуха может быть ниже -60°С. Для улучшения процесса регазификации в таких регионах устанавливают испарительные установки жидкостного или электрического типа.
Условия хранения СПГ же кардинально отличаются. Сжиженный природный газ допускается хранить только в изотермических резервуарах с полной герметизацией (криоцистернах), изготовленных из материалов, стойких к температурам хранения продукта. Внутри емкости постоянно должна поддерживаться низкая температура около -163°С.
Исходня из изложенный данных , выбираю сжиженный углеводородный (нефтяной) газ (Пропан-Бутан).
Состав: 80% пропан – 20% бутан
Устанавливается 2 газгольдера объемом по 20.000 литров
По ГОСТу только на 85% от общего объема разрешено заправить газгольдер в Спб. Цена сжиженного газа при покупке больших количества будет уменьшаться. Несоблюдение норм чревато выходом из строя оборудования. Перед зимой такой поворот событий будет некстати.
Давление в газгольдере: P = 6 -7 (Па)
Объем заправленного газа (2 газгольдера): V = 34.000 (л)
Температура: равная атмосферной
Средняя плотность: p = 0.550 (кг/м?)
Масса: m = 18.700000000000003 (кг) = 18,7 (т)
Средний переход между заходами в порот около 7 – 10 дней, средняя стояка в порту при грузовых операциях около 1 – 2 дней.
Расход топлива комбинированного котла:
• на ходу - от секции утилизационного контура, в случае большого количества потребителей 0,5 – 1,5 (т) в сутки
• на стоянке - от горелки, около 1,5 – 2,0 (т) в сутки
• максимальный расход топлива при постоянной работе горелки около 2,8 (т) в сутки
Таблица: cравнение цен на судовое топливо (источник “world bunker prices”)
Вид
Топлива
“HSFO”
(мазут)
“MGO” (Дизель)
“LPG”
(пропан-бутан)
Цена
(за м/т)
436 $
28.340 руб.
653 $
42.445 руб.
302 $
19.600 руб.
.
* тарифы на газ варьируются из-за сезонности: в холодное время года - выше, летом - ниже.
Таблица: сравнения стоимости MGO и LPG при работе комбинированного котла “Alfa Laval K.K. GCS-23ST’’ на ходу и на стоянке.
Вид топлива:
MGO
LPG
средний суточный расход на стоянке
1,5 т
средняя стоянка в порту
5дней
cтоимость, м/т
653$
302$
месячный расход
4.897 $
2.632 $
Полученная разница между MGO и LPG за годовой период работы котла составляет:
4.897 - 2.632 = 2.632 x 12 месяцев = 31.584 $ - экономический эффект
Расход топлива в режиме ходового времени при подключении к утилизационной части – огневой части комбинированного котла .
Средне статистическая работа в режиме ходового времени 10% (совместна работа утилизационной и огневой части ) – 2,5 суток в месяц
Вид топлива:
MGO
LPG
суточный расход
1т
месячный расход
2,5 т
средне-годовой расход
30 т
cтоимость,м/т
653$
302$
годовая стоимость
19.590$
10.530 $
Годовая сумма экономии при переходе с топлива с MGO на LPG cоставляет 19.950 + 10.530 = 30.480 $
Затраты на модификацию системы для перехода на СНГ:
Установка газгольдеров от компании СПЕЦГАЗ объемом 2 х 20.000 (л):
Газгольдеры СпецГаз характеризуются клапаном безопасности, который сохраняет целостность корпуса при интенсивном нагреве либо перенаполнении. Резервуары оборудуются датчиками объема и давления, выводными патрубками и имеют надежную систему безопасности.
• диапазон рабочих температур от – 40 до + 45 С
• поставляются вместе с ответствующей проектной документацией и обозначаются серийным номером
• сваренные сосуды в индивидуальном порядке испытываются давлением 25?кг/см?^2
• доставка оборудования на объект бесплатно
• стоимость 87.750 $
• ориентировочная стоимость монтажных работ 18.850 $
Установка горелки от Финской компании Oilon (GKP-140 MH газ-дизель):
• комплектная поставка (бесплатно), а так же установка под ключ специалистами компании
• стоимость горелки 56.238 $ (включ. проектный план)
• ориентировочная стоимость монтажных работ 13.650 $
• ориентировочная стоимость прокладки трубопроводов от газгольдеров к горелке составляет 12.870 $
Общая сумма расходов на модификацию системы - 44.818 $
Вывод: ориентировочный cрок окупаемости перехода комбинированного котла “Alfa Laval K.K. GCS-23ST’’ с HFO на СНГ составляет 1,5 года, что экономически целесообразно.
Бывшие всегда актуальными проблемы энергосбережения (по существу, экономия топлива) и защиты окружающей среды от вредных выбросов с судов за последнее десятилетие еще более обострились в связи с неустойчивостью мирового нефтяного рынка и ужесточением требований природоохранных организаций, включая новые положения IMO в соответствующих разделах Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ 73/78, Прил. VI, Классы II и III).
Решением указанных проблем явились новые образцы топочных устройств для судовых котельных установок.
Рис. 1. Суда, работающие на СПГ
Горелки для сжигания природного газа и мазута. Переход на СПГ-топливо по своей значимости сопоставим с технологической революцией начала ХХ века, когда мировой торговый флот отказался от угля в пользу мазутов и дизельного топлива. Такие топочные устройства выполняются комбинированными, позволяющими поочередно сжигать эти топлива в одном горелочном устройстве. Одним из преимуществ комбинированных грелок является возможность легкого перехода с сжигания одного вида топлива на другое. Горелка должна быть выполнена таким образом, чтобы сжигание каждого из видов топлива происходило в оптимальных условиях.
Рис. 2. Флот, работающий на СПГ
Единственным новым видом топлива, применение которого оказывает существенное влияние на экологические показатели судовых двигателей, является природный газ.
Современные газовые горелки способны сжигать природный газ эффективно и полностью. Из-за отсутствия в нем серы, азота и золы, при сжигании природного газа образуется значительно меньшее количество выбросов NOx, CO, соединений серы и твердых частиц, чем при сжигании нефти.
На рис. 2 представлена разбивка флота, работающего на СПГ, по типам судов. Хотя в настоящее время во флоте преобладают региональные паромы и суда снабжения платформами (ПСВ), книги заказов показывают растущую дифференциацию и тенденцию к более крупным судам, таким как контейнерные суда и суда общего назначения. СПГ будет особенно полезен для судов, работающих главным образом в Экас, таких, как суда, осуществляющие прибрежное судоходство, такие, как паромы и морские суда, а также питательные контейнерные суда, распределяющие контейнеры из крупных портов в малые порты Экас.
Рис. 3. Суда, работающие на СПГ
Рис.4. Бункерное судно CARDISSA LNG в северной Европе
СПГ как топливо является проверенным и доступным коммерческим решением. СПГ предлагает огромные преимущества, особенно для судов в свете постоянно ужесточающихся правил выбросов. Обычное масло, топливо останется основным топливом для большинства судов в ближайшем будущем, и, в то же время, коммерческие возможности СПГ интересны для многих проектов. Хотя для соблюдения предельных значений выбросов в атмосферу могут использоваться различные технологии,…(варианты решение скрубер малосернистое топливао и т.д. от материала). Технология СПГ является разумным способом удовлетворения существующих и будущих требований к основным видам выбросов (SOx, NOx, ТЧ, CO2). СПГ может быть конкурентоспособным по цене с дистиллятным топливом и, в отличие от других решений, во многих случаях не требует установки дополнительной технологической технологии.
Рис. 5. Реализация замены применяемого топлива на судне в пользу СПГ
Использование СПГ сокращает выбросы CO2 примерно на 25 процентов. Оно уменьшает окиси серы почти 100 процентами, и оно уменьшает излучение окиси азота около 85 процентами.
Рис. 6. Крупнейшее бункерное судно снабжения сжиженным природным газом (СПГ), М. В. Кайрос
Описание вспомогательного котла “Alfa Laval K.K. GCS-23ST’’
ЧЕРТЕЖ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КОТЛА
- Тип: вертикальный, цилиндровый, водотрубный, комбинированный;
- Количество: 1 котел/1 судно;
- Производительность:
от секции для сжигания нефти – 1800 кг/ч х 0,55 мПа,
от секции выхлопных газов – 710 кг/ч х 0,55 Мпа, при нормальной мощности главного двигателя 7810 кВт;
- Давление пара: проектное 0,69 Мпа, нормальное 0,55 мПа;
- Температура пара: температура насыщенного ( ?155,46?^0 C при 0,55 мПа );
- Расход топлива: 139 кг/ч;
- Котельный питательный насос воды x 2шт.:
тип: горизонтальный центробежный насос, “EB2H-32D”;
производительность питательного насоса:
3,0 м^2/ч при 0,98 мПа; 5.5 кВт;
температура питательной воды: ?60?^0 C.
Рис. 7. Схема топливная работы котла “Alfa Laval K.K. GCS-23ST’’
Описание топочного устройства “Sunflame ECP-3”:
- Тип: полностью автоматический, “forced draft pressure - jet system”;
- Количество: 1 комплект;
- Производительность сгорания топлива: 145 кг/ч;
- Распылитель: “F-80 24.0 G/?60?^0 PLP” x 1шт.
- Топливный насос для сжигания топлива x 1шт.:
тип: шестеренчатый насос “Nippon G-Rotar MFG. CO. LTD , GFH-V5L”,
производительность: 230 кг/ч;
давление нагнетание-всасывание: 2,2 мПа – 0-0,3 мПа
- Топливный циркуляционный насос x 1шт.:
тип: шестеренчатый насос “Nippon G-Rotar MFG. CO. LTD , TOP-204”,
производительность: 370 кг/ч; 0,4 кВт
давление нагнетание-всасывание: 0,5 мПа – 0-0,3 мПа
Рис. 8. топочного устройства “Sunflame ECP-3”
- Топливный подогреватель x 1шт.:
тип: электрический обогрев, “ TOYO Heater MFG, CO., LTD, NJ - 8A”;
производительность: 154 кг/ч; 8кВт
температура: ?80?^0 C (вход ?60?^0 C)
- Вязкость топлива: для форсунки более 17 ?мм?^2/сек;
вход оборудования 250 ?мм?^2/сек.
- Вентилятор x 1 шт.:
тип: турбо – вентилятор, “OST - 34”
производительность: 34? Нм?^2/мин; 3,7 кВт
статическое давление: 2,45 кПа, 250 мм вод. ст.
Цель работы: с целью повышения технико-экономических показателей вспомогательного котла, принято решение заменить тип используемого энергоресурса с тяжелого топлива на параллельное подключение СПГ и легкого дизельного топлива.
Рис. 9. Источники бункерного СПГ для газодизельного судна
Для решения этой задачи необходима замена существующей горелки на комбинированную горелку, способную сжигать как СРГ так и легкое дизельное топливо.
ОПИСАНИЕ ГОРЕЛОК MONARCH, WEISHAUPT, OILON`
Исходя из вышеперечисленных преимуществ выбрана горелка фирмы Oilion.
Этапы подбора по выбору комбинированной горелки Oilion:
.Получить технические данные котла и информацию об объекте
мощность котла, КПД или требуемая мощность горелки
противодавление топки
используемое топливо/виды топлива
давление топлива на входе в горелку
способ регулирования мощности горелки.
Мощность горелки = 1260/0,8=1575 кВт.
Производительность сгорания дизельного топлива: 1720 кВт
Данной производительности соответствует комбинированная горелка GKP-140 MH.
Технические данные:
Мощность жидкое топливо: 47-200 кг/ч (550-2350 кг/ч)
Мощность газ: 410-2350 кВт
Двигатель вентилятора:3 ~ 400В, 50 Гц
Мощность: 4 кВт
Ток: 7,2 А
Скорость: 2900 об/мин
Блок управления: WD34
Класс NOx:
Жидкое топливо: 1
Газ: 1
Соединение топливного шланга:
- всасывание/возврат: R1/2’’
Топливный насос J7
- Двигатель 3~ 400 В,
50 Гц
Мощность: 0,75 кВт
Ток: 2 А
Скорость: 2900 об/мин
Вес: 162 кг
Рис. 10. Габаритный чертеж и диаграмма работы
подобранной горелки Oilion
G = Подача газа
O = Подача/возврат жидкого топлива
E = Электрическое соединение
F = FGR – Рециркуляция дымовых газов
При использовании рециркуляции дымовых газов жидкотопливный насос монтируется в другом месте.
Рис. 11. Схема подключения комбинированной горелки GKP-140 MH
Для реализации данного решения необходима установка в кормовой части на судне баллонов СПГ. Сухогруз может быть снабжен бункерным баком типа C объемом 500 м3, изготовленным из аустенитной высокомарганцевой стали и расположенным на кормовой швартовной палубе. Разработанная компанией POSCO, корейским стальным конгломератом, криогенная сталь имеет содержание марганца около 26%. Свойства и характеристики материала, а также необходимая технология сварки и конструкция топливного бака были доказаны пригодными для обслуживания СПГ. Испытание KR помогло проверить заслуги новой стали POSCO и своя польза правоподобна для того чтобы быть благоволить к вариантом в сотрудничестве общества типа Новом с STX O&S. сталь высок-марганца показывала превосходство над много существующих криогенных материалов оперируя понятиями окончательных прочности на растяжение и удлиненности, и имеет относительно низкий коэффициент теплового расширения. Еще одним преимуществом материала является его экономическая целесообразность. Продолжающийся рост спроса на бункерные и складские емкости для СПГ привел к нехватке никеля, традиционного компонента криогенных сталей. Сталь на основе марганца POSCO не содержит никеля, и производитель стали указывает, что марганец в настоящее время не находится под повышательным ценовым давлением, с которым сталкивается никель.
Рис. 12. Расположение баллонов СПГ и расходного топливного танка, подключенных к вспомогательному котлу, ГД и ДГ на судне
В процессе эксплуатауции при использовании СПГ и легкого дизельного топлива могут возникнуть определенные проблемы.
Технические:
- СПГ по сравнению с соляром (с учетом плотности и тепло-творной способности) требует вдвое больших объемов танков запаса топлива.
- СПГ хранится при температуре ок.-160°C и давлении до10Бар во вкладных танках из специальных материалов, покрытых слоем теплоизоляции толщиной более 0,5м,требуется организация вторичного барьера, особые меры по контролю газового состава атмосферы и вентиляции. Размещение таких танков на судне вызывает снижение его грузовместимости.
- Использование СПГ в любом случае существенно усложняет энергоустановку.
- Специфические механизмы и агрегаты, необходимые для работы энергоустановки на СПГ, не всегда предлагаются в требуемом ассортименте и с должными сертификатами, некоторые из них сейчас производятся исключительно для берегового применения.
Экономические:
- Перевод судна на СПГ неизбежно ухудшает его эффективность, как транспортного средства (т.к. для размещения системы хранения СПГ приходится выделять объемы в корпусе либо на палубе, которые на судах–аналогах занимает полезная нагрузка).
- Специфические механизмы и агрегаты, необходимые для работы энергоустановки на СПГ, сейчас, как правило, малосерийные, а потому дороже своих аналогов, используемых на обычных судах.
- Использование материалов, технологий и норм безопасности, применяемых в криогенной и газовой технике, также существенно удорожает такие механизмы и агрегаты.
- Требуется более квалифицированный (соответственно, высокооплачиваемый) персонал.
Нормативные
- Сейчас единственным юридически обязывающим международным документом, регламентирующим вопросы использования газов в качестве судового топлива, является кодексIGC(International Gas Code),однако он регламентирует эти вопросы исключительно для газовозов.
- КодексIGF(International Gas Fuel),регламентирующий использование горючих газов и жидкостей с низкой температурой вспышки в качестве топлива на судах, разрабатывается в настоящее время, ожидается его принятие в 2015…2016г.г.
- Под комитет по безопасности ИМО разработал резолюцию IMO MSCRes.285-86,основанную на IGC и регламентирующую возможность использования метана в качестве топлива на судах, не являющихся газовозами. Эта резолюция дает возможность морским администрациям рассматривать такие вопросы, но не является юридически обязывающим документом.
Логические:
- Существующие сейчас суда, энергоустановки которых работают на СПГ, для бункеровки используют преимущественно либо автотранспорт, либо обслуживаемые ими FPSO,либо не бункеруются во все, используя выпаривание груза СПГ.
- В то же время для широкого распространения СПГ как бункерного топлива возможность бункеровки им перестанет быть сдерживающим фактором только тогда, когда бункеровка судна СПГ будет также легко осуществима, как сейчас–бункеровка жидким нефтяным моторным топливом.
- Сейчас возможность бункеровки СПГ еще нельзя считать обеспеченной.
К 2020 году количество морских судов, использующих СПГ, вырастет в 3-5 раз
Количество морских судов в мире, которые используют в качестве топлива сжиженный природный газ (СПГ), к 2020 году могло бы вырасти более чем в восемь раз - со 117 до тысячи, однако аналитики международной сертификационной компании DNV GL недавно пересмотрели прогноз в сторону уменьшения. Теперь они ждут роста лишь в 3-5 раз - до 400-600 единиц из-за медленного развития бункеровочной инфраструктуры, пишет "Российская газета".
Рис. 13. Проблемы бункеровки СПГ
Сейчас морские суда используют СПГ в качестве топлива менее чем в одном проценте случаев. В основном их заправляют мазутом - 80 процентов случаев, остальное приходится на судовой дизель (данные Международного энергетического агентства на 2015 год). Бункеровка СПГ как составная часть портовой инфраструктуры пока находится в стадии зарождения.
"Будущее СПГ-бункеровки напрямую зависит от двух важных объективных предпосылок. Первая связана с усилением экологических требований в сфере морских перевозок и регулирования выбросов вредных веществ в Мировом океане. Вторая предпосылка - экономическая целесообразность переключения на СПГ с нефтепродуктов", - говорится в ежемесячном энергобюллетене Аналитического центра (АЦ) при правительстве РФ.
Техника безопасности при использовании СПГ
Важной и особо значимой проблемой в технике безопасности является разлив СПГ, его распространение и испарение. На данный процесс влияет понижение давления и теплообмен. Еще одна проблема - это возгорание СПГ. В свободной атмосфере горение внутри смеси метана с воздухом распространяется теплопроводностью и диффузией свободных радикалов со скоростями в пределах 5-15 м/с в зависимости от состава смеси. Это явление медленной дефлаграции (горение без взрыва) не вызывает существенного повышения давления, другими словами, взрыва не происходит, что произошло бы в закрытом объеме. При возгорании СПГ выделяемая теплота рассеивается тепловым излучением и конвекцией; интенсивность теплового излучения пожара на данном расстоянии определяется этим рассеиванием и атмосферным поглощением.
В случае налива в резервуар СПГ с плотностью, отличающейся от плотности уже хранимого СПГ, может случиться, что обе жидкости не перемешаются, образуя два различных слоя (стратификация СПГ). Это расслоение стабильно, если более плотная жидкость находится на дне. В жидкости образуются две ячейки с независимой циркуляцией. Происходит конвективный обмен, теплота и массы обмениваются на границе двух слоев. Когда плотности жидкости в двух ячейках почти сравниваются, граница раздела исчезает, и жидкости в слоях перемешиваются. Это перемешивание, обычно очень быстрое, сопровождается часто внезапным обильным испарением хранимого СПГ. Чтобы не допустить стратификацию используются устройства перемешивания или выбираются соответствующие способы заполнения резервуара.
?
Выводы по разделу
1. Проведен анализ существующих судов и найдено решение в пользу существенного повышения топливно-экономических показателей вспомогательной энергетической установки.
2. Описан вспомогательный котел «Alfa Laval K.K. GCS-23ST», работающий на тяжелом топливе и установленная горелка.
3. Произведен технический анализ ведущих мировых производителей комбинированных горелок, работающих на газо-топливном энергоресурсе.
4. Обоснован выбор комбинированной горелки GKP-140MH производителя Oilion, а также описана схема подключения, габаритные размеры и диаграмма работы.
5. Представлены проблемы бункеровки СПГ и перевода котла на работу по газодизельному циклу.
УЗЛОВОЙ ВОПРОС:
Бывшие всегда актуальными проблемы энергосбережения (по существу, экономия топлива) и защиты окружающей среды от вредных выбросов с судов за последнее десятилетие еще более обострились в связи с неустойчивостью мирового нефтяного рынка и ужесточением требований природоохранных организаций, включая новые положения IMO в соответствующих разделах Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ 73/78, Прил. VI, Классы II и III).
Решением указанных проблем явились новые образцы топочных устройств для судовых котельных установок -
Горелки для сжигания природного газа и мазута. Переход на СПГ-топливо по своей значимости сопоставим с технологической революцией начала ХХ века, когда мировой торговый флот отказался от угля в пользу мазутов и дизельного топлива. Такие топочные устройства выполняются комбинированными, позволяющими поочередно сжигать эти топлива в одном горелочном устройстве. Одним из преимуществ комбинированных грелок является возможность легкого перехода с сжигания одного вида топлива на другое. Горелка должна быть выполнена таким образом, чтобы сжигание каждого из видов топлива происходило в оптимальных условиях.
Единственным новым видом топлива, применение которого оказывает существенное влияние на экологические показатели судовых двигателей, является природный газ.
Современные газовые горелки способны сжигать природный газ эффективно и полностью. Из-за отсутствия в нем серы, азота и золы, при сжигании природного газа образуется значительно меньшее количество выбросов NOx, CO, соединений серы и твердых частиц, чем при сжигании нефти.
Цель работы: с целью повышения технико-экономических показателей вспомогательного котла, принято решение заменить тип используемого энергоресурса с тяжелого топлива на параллельное подключение СПГ и легкого дизельного топлива.
Спецификация вспомогательного котла “Alfa Laval K.K.GCS-23ST’’.
Рис. “Alfa Laval K.K.GCS-23ST’’
Тип: вертикальный, цилиндровый,
водотрубный, комбинированный
Количество: 1 котел/1 судно
Производительность:
секция сжигания нефти секции выхлопных газов
1800 кг/ч х 0,55 мПа 710 кг/ч х 0,55 Мпа
при нормальной мощности главного двигателя 7810 кВт
Давление пара: проектное 0,69 Мпа, нормальное 0,55 мПа
Температура пара: температура насыщенного ( ?155,46?^0 C при 0,55 мПа )
Расход топлива: 139 кг/ч
Котельный питательный насос “EB2H-32D”
Количество: 2 комплекта
Тип: горизонтальный центробежный насос
Производительность: 3,0 м^2/ч при 0,98 мПа; 5.5 кВт
Темп. пит. воды: ?60?^0 C.
Спецификация топочного устройства “Sunflame ECP-3”.
Рис. “Sunflame ECP-3”
Тип: полностью автоматический,
“forced draft pressure - jet system”
Количество: 1 комплект
Производительность: 145 кг/ч
Распылитель: “F-80 24.0 G/?60?^0 PLP” x 1шт
Топливный насос для сжигания топлива
“Nippon G-Rotar MFG. CO. LTD , GFH-V5L”
Тип: шестеренчатый насос
Количество: 1 комплект
Производительность: 230 кг/ч
Давление
нагнет.-всасывание: 2,2 мПа – 0-0,3 мПа
Топливный циркуляционный насос
“Nippon G-Rotar MFG. CO. LTD , TOP-204”
Тип: шестеренчатый насос
Количество: 1 комплект
Производительность: 370 кг/ч; 0,4 кВт
Давление
нагнет.-всасывание: 0,5 мПа – 0-0,3 мПа
Топливный подогреватель
“ TOYO Heater MFG, CO., LTD, NJ - 8A”
Тип: электрический обогрев
Количество: 1 комплект
Производительность: 154 кг/ч; 8кВт
Температура: ?80?^0 C (вход ?60?^0 C)
Вязкость топлива: для форсунки более 17 ?мм?^2/сек;
вход оборудования 250 ?мм?^2/сек.
Вентилятор “OST - 34”
Тип: турбо – вентилятор
Количество: 1 комплект
Производительность: 34? Нм?^2/мин; 3,7 кВт
Статич. давление: 2,45 кПа, 250 мм вод. ст.
Для решения этой задачи необходима замена существующей горелки на комбинированную горелку, способную сжигать как СРГ так и легкое дизельное топливо.
ОПИСАНИЕ ГОРЕЛОК MONARCH, WEISHAUPT, OILON`
Исходя из вышеперечисленных преимуществ выбрана горелка фирмы Oilion.
Этапы подбора по выбору комбинированной горелки Oilion:
.Получить технические данные котла и информацию об объекте
мощность котла, КПД или требуемая мощность горелки
противодавление топки
используемое топливо/виды топлива
давление топлива на входе в горелку
способ регулирования мощности горелки.
Мощность горелки = 1260/0,8=1575 кВт.
Производительность сгорания дизельного топлива: 1720 кВт
Данной производительности соответствует комбинированная горелка GKP-140 MH.
Спецификация топочного устройства Oilon “GKP-140 MH”.
Рис. Габаритный чертеж и диаграмма работы подобранной горелки Oilion
“GKP-140 MH”.
Мощность жидкое топливо: 47-200 кг/ч (550-2350 кг/ч
Мощность газ: 410-2350 кВт
Двигатель вентилятора: 3 ~ 400В, 50 Гц
Мощность: 4 кВт
Ток: 7,2 А
Скорость: 2900 об/мин
Блок управления: WD34
Класс NOx:
Жидкое топливо: 1
Газ: 1
Соединение топливного шланга: - всасывание/возврат: R1/2’
Топливный насос J7
Двигатель: 3~ 400 В, 50 Гц
Мощность: 0,75 кВт
Ток: 2 А
Скорость: 2900 об/мин
Вес: 162 кг
G = Подача газа
O = Подача/возврат жидкого топлива
E = Электрическое соединение
F = FGR – Рециркуляция дымовых газов
При использовании рециркуляции дымовых газов жидкотопливный насос монтируется в другом месте.
Рис. Схема подключения комбинированной горелки GKP-140 MH
Рис. 12. Расположение баллонов СУГ и расходного топливного танка, подключенных к вспомогательному котлу, ГД и ДГ на судне
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Вывод:
Преимущества и риски газового топлива.
Требования зарубежных классификационных обществ по безопасности использования газомоторного топлива.
Использование газового топлива на транспорте, в том числе на морском и речном, обладает рядом известных преимуществ и является достаточно перспективным. В то же время использование газового топлива приводит к возникновению дополнительных рисков в сфере эксплуатации, которые необходимо минимизировать.
Морской администрацией Дании на 83-й сессии Комитета по безопасности на море Международной морской организации (IMO) были представлены данные об аварийности судов-газоходов за период 1965-2005 годов. В течение этого периода на судах данного класса было зафиксировано 182 аварийных случая, из которых 24 не были связаны с эксплуатацией судна (аварии на верфях во время постройки, ремонта, нападения пиратов и т.п.), а подавляющее большинство аварийных случаев непосредственно связано с использованием газового топлива.
Статистика опасности
На основании приведенной статистики выделяются следующие виды опасностей, обусловленных присутствием на судне сжиженного природного газа (СПГ) и его паров:
1) объемный взрыв газа, возникающий в результате его утечки в газообразном состоянии в замкнутом объеме при наличии источника воспламенения (источником воспламенения может служить открытое пламя, электрическая искра или поверхность, нагретая выше температуры самовоспламенения газа (для метана +540°);
2) взрыв емкостей для хранения газа вследствие повышения давления;
3) пожар в результате разлившегося газа или струйный пожар в результате горения газа под давлением;
4) газовое облако, в котором может возникнуть пожар;
5) быстрое фазовое превращение при попадании сжиженного газа в воду, аналогичное взрыву без возгорания;
6) резкое значительное увеличение давления в емкости сжиженного газа в результате перемешивания слоев газа с различной плотностью и резкого увеличения интенсивности парообразования в танке СПГ;
7) удушение в результате попадания человека в облако газа;
8) травмы от низких температур в результате воздействия сжиженного газа при контакте с кожей человека;
9) загрязнение атмосферы в результате утечки газа.
При рассмотрении указанных опасностей применительно к судам, использующим сжиженный газ в качестве топлива, очевидно, что для различных типов энергетических установок и различных способов хранения газа на судне не все опасности одинаково вероятны и значимы. В случае хранения газа в баллонах под давлением в закрытом помещении опасности 5, 6, 8 практически отсутствуют, но при этом возрастает вероятность опасностей 1 и 7. В случае хранения газовых баллонов на открытых участках судна вероятность рисков 1 и 7 существенно снижается, но при этом возрастает вероятность возникновения опасности 9.
Опыт эксплуатации судов, использующих газовое топливо, свидетельствует, что наибольшую опасность независимо от типа энергетической установки и способа хранения газового топлива представляют утечки газа, влекущие за собой взрывы и пожары.
С целью решения вопроса безопасности эксплуатации судовых энергетических установок, работающих на газовых топливах, установлены требования классификационных обществ к судам и энергетическим установкам такого типа. Наибольший интерес представляют требования постоянных членов Международной ассоциации классификационных обществ (ICAS): American Bureau of Shipping – Американского бюро судоходства, Bureau Veritas – Бюро Веритас (Франция), China Classification Society (CCS) – Китайского классификационного общества, Det Norske Veritas (DNV) – Норвежского классификационного общества, объединенного с Germanischer Lloyd (GL) – Германским Ллойдом, Korean Register of Shipping (KR) – Корейского регистра судоходства; Lloyd’s Register – Регистра судоходства Ллойда (Великобритания); Nippon Kaiji Kyokai (NK) – Японского регистра судоходства; Registro Italiano Navale (RINA) – Итальянского регистра судоходства; Russian Maritime Register of Shipping (RS) – Российского морского регистра судоходства, а также ассоциированных членов МАКО (ICAS): Indian Register of Shipping (IRCLASS) – Индийского регистра судоходства, Polski Rejestr Statkow (PRS) – Польского регистра судоходства, Hrvatski Registar Brodova (CRS) – Хорватского регистра судоходства.
Документы большинства классификационных обществ содержат основные определения главных и вспомогательных систем судов, использующих газ в качестве топлива, классификационные обозначения, рекомендации по размещению и разделению судовых помещений, рекомендации по проектированию систем утилизации испарившегося газа, систем вентиляции, систем определения наличия газа, систем инертного газа.
При различной структуре документов их содержание в основном совпадает и включает требования к общей конструкции и устройству судна, анализ возможных рисков, требования к материалам и конструкции трубопроводов, системам бункеровки, системам противопожарной защиты и вентиляции.
Документы регламента
Применение газового топлива регламентируется тремя документами Американского бюро судоходства (ABS):
• «Требования к судам, использующим сжиженный природный газ в качестве топлива»;
• «Правила надзора после изготовления с 2016 года»;
• «Требования к главным и вспомогательным системам судов-газоходов».
Документами определены три уровня проектирования судов, предназначенных для использования газового топлива: концептуальное проектирование, общее проектирование, детальное проектирование, одобрение и применение.
Первый уровень устанавливает перечень документации, чертежей и схем, подлежащих надзору при проектировании судов с целью обеспечения их пригодности к использованию КПГ. Каждый последующий уровень более подробно детализирует объекты (документы и схемы), на которые распространяются требования и указываются дополнительные требования к ним.
Документы регламентируют надзор после изготовления судовых энергетических установок и механизмов.
Ежегодный осмотр судов, использующих газовое топливо, включает контроль емкостей для хранения КПГ, системы бункеровки газовым топливом, системы использования газового топлива и системы утилизации отработанных газов. Контроль осуществляется путем проверки оборудования и системы безопасности, трубопроводов и устройств топливной газовой системы, трубопроводов и устройств систем бункеровки, вентиляции, конденсации паров, герметичности устройств, противопожарного оборудования, электрооборудования и электрических соединений.
Ежегодный осмотр судов с двухтопливными двигателями включает проверку давлений в системах двигателя, тестирование системы управления и автоматического обеспечения безопасности при использовании газового топлива, проверку трубопроводов газового топлива, системы контроля наличия газа в машинном отделении, системы аварийной сигнализации, аварийного закрытия главного и вспомогательных газовых клапанов.
Специальные периодические осмотры машин и механизмов включают проверки ручных устройств управления газовых топливных систем, трубопроводов, клапанов, давления в газовых системах, электрического оборудования, фильтров основных систем, впускных и выпускных систем.
Требования Регистра судоходства Ллойда (Великобритания) к судам, использующим газовое топливо, приведены в документе «Правила и предписания для классификации судов, использующих в качестве топлива природный газ».
Особенностью документа является присутствие раздела «Исследование основных рисков» (Risk Based Studies), который содержит цели, системы оценок опасностей, надежности, виды аварий и оценки состояния главного клапана топливных танков, классификацию опасных зон, характеристику опасностей при бункеровке.
Требования классификационного общества Бюро Веритас (Франция) к судам, использующим газовое топливо, содержатся в двух документах:
• «Суда, подготовленные для использования газового топлива» (Gas-prepared Ships);
• «Суда, заправляемые сжиженным природным газом» (LNG bunkering ship).
В настоящее время Норвежское классификационное общество – Det Norske Veritas (DNV) объединено с Германским Ллойдом – Germanischer Lloyd (GL). Общие требования классификационных обществ содержатся в следующих документах:
• «Нефтяные и газовые технологические системы»;
• «Плавучие устройства для получения, хранения и погрузки сжиженного природного и сжиженного нефтяного газа»;
• «Развитие и использование средств для бункеровки сжиженным природным газом».
Требования к судам, работающим на газовом топливе, Корейского регистра судоходства – Korean Register of Shipping (KR) представлены в документе «Руководство для судов, работающих на сжиженном природном газе».
Японский регистр судоходства – Nippon Kaiji Kyokai (NK) сформулировал требования к судам, работающим на газовом топливе, в документе «Руководство для судов, работающих на газовом топливе».
Наибольший интерес представляет содержание глав 6 «Система хранения топлива» (Fuel Containment System), 9 «Снабжение топливом потребителей» (Fuel Supply to Consumers), 10 «Выработка энергии, включая главные и другие потребители энергии» (Power Generation including propulsion and other energy consumers).
В главе 6 содержатся общие требования к системам хранения топлива, топливным танкам, системе снижения давления, атмосферному контролю системы хранения топлива, системе инертного газа.
В главе 9 содержатся общие функциональные требования к системе топливоподачи, требования по обеспечению ее надежности и безопасности, к распределению газового топлива в машинном отделении и обеспечению топливом потребителей, конструкции вентиляционных каналов и других трубопроводов, компрессорам и насосам.
В главе 10 содержатся функциональные требования к устройствам, генерирующим энергию (мощность), к поршневым двигателям внутреннего сгорания, работающим на газовом топливе, к главным и вспомогательным котлам, к газовым турбинам.
Китайское классификационное общество – China Classification Society (CCS) устанавливает требования к судам, использующим газовое топливо, «Правилами для судов, использующих в качестве топлива природный газ» и «Руководством для судов, работающих на природном газе».
Ассоциированными членами МАКО являются Индийский регистр судоходства – Indian Register of Shipping (IRCLASS), Польский регистр судоходства – Polski Rejestr Statkow (PRS), Хорватский регистр судоходства – Hrvatski Registar Brodova (CRS).
В нормативных документах IRCLASS и PRS отсутствуют требования к судам, использующим газовое топливо.
Требования Хорватского регистра судоходства сформулированы в Правилах классификации судов. Пункт 2.21 «Контроль и безопасность двухтопливных систем дизелей» (Control and Safety Systems for Dual Fuel Diesel Engines) главы 9 «Машины» (Machines) содержит требования к системам подачи жидкого и газообразного топлива, системам выпуска и пуска, контролю процесса сгорания, трубопроводам газовой топливной системы, системам аварийной сигнализации и защиты, требования к средствам автоматизации.
Наиболее крупными классификационными обществами, не входящими в МАКО (ICAS), являются Греческий регистр судоходства – Hellenic Register of Shipping (HRS), Бразильский регистр судоходства – Brasilian Register of Shipping (RBNA), Венесуэльский регистр судоходства – Venezuelan Register of Shipping (VRS), Индонезийское классификационное общество – Biro Klassificasi Indonesia (BKI), Иранское классификационное общество – Iranian Classification Society (ICS).
Требования Греческого регистра судоходства к судам, использующим газовое топливо, содержатся в «Правилах и рекомендациях для классификации и проектирования металлических судов». В главе 2 части 5 «Поршневые двигатели» присутствуют п.п. 8.4.8-8.4.12, в которых сформулированы требования по использованию газового топлива для двигателей.
Требования Индонезийского классификационного общества – Biro Klassificasi Indonesia (BKI) к судам, использующим газовое топливо, приведены в «Руководстве по использованию газа в качестве топлива для судов», содержание которого в основном совпадает с требованиями других классификационных обществ, представленных выше.
Иранское классификационное общество – Iranian Classification Society (ICS) также руководствуется документом «Руководство по использованию газа в качестве топлива для судов» (BKI).
В документах Бразильского регистра судоходства – Brasilian Register of Shipping (RBNA) и Венесуэльского регистра судоходства – Venezuelan Register of Shipping (VRS) отсутствуют требования по использованию на судах газового топлива, что, по-видимому, объясняется отсутствием в этих странах необходимости в судах-газоходах.
Выводы
Сопоставление требований правил различных классификационных обществ позволяет сделать следующие выводы:
– в большинстве правил присутствуют пояснения основных терминов и определений, что обеспечивает однозначность понимания и трактовки последующих разделов;
– наиболее полные и подробные требования к газовым поршневым двигателям изложены в Правилах Американского бюро судоходства, Регистра Ллойда, Норвежского классификационного общества и Германского Ллойда, Китайского классификационного общества, Японского регистра судоходства, Корейского регистра судоходства;
– структура и содержание правил указанных классификационных обществ в основном совпадают. Основные требования касаются следующих элементов и систем: хранения газового топлива и транспортировки его к потребителям, впускных и выпускных систем, защиты картера, контроля, мониторинга, автоматической сигнализации и защиты, противопожарной защиты, средств предотвращения взрывов, системы аварийной остановки двигателя, вентиляции;
– анализ правил, разработанных и используемых зарубежными классификационными обществами, может быть полезен для дополнения Правил РРР и РМРС с целью повышения безопасности эксплуатации судовых энергетических установок, использующих газовое топливо.
Сравнение сжиженного углеводородного газа СУГ
и сжиженного природного газа СПГ. Экономическое обоснование.
На данный момент в качестве хранимого топлива для систем автономного газоснабжения, не связанных с магистральной линией подачи газа, широко распространены сжиженный углеводородный газ (СУГ) и сжиженный природный газ (СПГ). В маркировке на английском языке LPG (liquefied petroleum gas) и LNG (liquefied natural gas) соответственно.
СПГ - это смесь газов, образовавшихся в глубоких слоях Земли при анаэробном разложении органических соединений. Добыча производится из пластов и из нефтяных месторождений, где газ может быть побочным продуктом нефти. В некоторых случаях могут попадаться газогидраты - кристаллическая форма природного газа.
СУГ - это тоже смесь газов, но полученная из попутного нефтяного газа или из конденсатной фракции природного газа за счет разделения с помощью абсорбционно-газофракционирующей установки.
СУГ и СПГ могут быть взаимозаменяемыми. Сжиженный углеводородный газ может выступать как основным видом топлива, так и резервным в системе газоснабжения на сжиженном природном газе.
Особенности метана (СПГ)
Это природный простейший газ, не имеет цвета, запаха, взрывоопасен. Химическая формула — CH4. Для того чтобы вы почувствовали утечку в него добавляют одоранты — вещества которые придают ему запах. То есть вы можете почувствовать утечку и вовремя среагировать.
Метан сжижают при температурах ниже 160 градусов. Поэтому в обиходе он находится в газообразном виде. Он в несколько тысяч раз меньше по плотности бензина и несколько сот раз пропана. Для транспортировки и использования его сжимают в специальных баллонах до 230 атмосфер. При этом не смотря на очень высокое давление в баллоне в двадцать раз превышающее давление пропана находится он в них в газообразном виде, что исключает возможность жидкого впрыска топлива пятого и шестого поколения ГБО.
Баки для метана используются очень тяжелые и очень прочные. Обычный бак для пропана разорвет от такого давления. Поэтому одинаковом объеме газа у метана бак получается больше и тяжелее.
Октановое число метана равняется 110 единицам. Он прекрасно воспламеняется в цилиндрах двигателя. Оборудование, которое применяется для такого газообразного топлива, стоит дороже в два и более раз, чем оборудование для пропана. Все потому что давление большое и система должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать его и соблюдать нормы безопасности.
Плюсы метана:
Экологичен. Ведь это на 100% природный газ.
Цена. Немного дешевле пропана. Примерно 13 рублей за литр.
Быстро испаряется в воздухе. Если происходит утечка, то в открытом пространстве он быстро растворится.
Минусы метана:
Дорогое оборудование, в два раз дороже пропана.
Высокое давление 230 атмосфер.
Меньше компаний, которые возьмутся устанавливать метан.
Именно поэтому метан не такое востребованное топливо. Теперь рассмотрим расмотрим СНГ.
Особенности пропан-бутана (СНГ)
Пропан — углеродный газ, побочный продукт при добыче нефти. Не имеет
запаха, прозрачен и безвреден для человека. В него также добавляются одоранты, чтобы при утечках его могли почувствовать. Химическая формула
— C3H8.
Бутан — это также углеродный газ, который выделяется при схожих условиях. Его смешивают с пропаном для того, чтобы добиться нужного октанового числа. Причем в различные время года составы меняются: зимой больше пропана, а летом бутана.
Хранится он в баллонах в сжиженном виде. То есть он жидкий, а не газообразный — «плюхается» в баллоне. Также большим преимуществом является рабочее давление, которое составляет всего 14 атмосфер. Для него нужны емкости из более легкого металла и стенки баллона намного тоньше.
Оборудование стоит в два раза дешевле.
Плюсы пропана:
Дешевое оборудование.
Очень много компаний, которые обслуживают и устанавливают.
Низкое давление.
Хранится в сжиженном виде.
Минусы пропана:
Пропан дороже метана на примерно 3 рубля за литр. Пропап стоит 17 рублей против 14 за литр метана.
Более взрывоопасен, чем метан. При повреждении баллона не так быстро испаряется в атмосферу.
Пропан хоть и стоит чуть дороже, но обладает большим количеством плюсов.
Оба газа схожи между собой по нескольким параметрам:
сфера применения: тепло- и газоснабжение;
способность к испарению: хранение и транспортировка газа производится в жидкой фазе, которая при соблюдении определенной температуры преобразуется в газообразное состояние;
экологичность: при сжигании не происходит выброса соединений серы в атмосферу, отсутствует сажа и зола;
малая токсичность.
Отличия сжиженных газов СУГ и СПГ
Имея схожую структуру, параметры и физико-химические свойства, оба газа отличаются между собой, что дает возможность подобрать оптимальное топливо для технологической линии систем газоснабжения объекта.
ПОКАЗАТЕЛЬ СЖИЖЕННЫЙ УГЛЕВОДОРОД. ГАЗ
СУГ СЖИЖЕННЫЙ ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
СПГ
Состав Основные вещества: пропан и бутан, содержание не менее 95%
Дополнительные вещества: пентан, метан, этан, этилен, пропилен, бутилен Основное вещество: метан, содержание 85-95%
Дополнительные вещества: этан, пропан, бутан, азот, сероводород, меркаптановая сера
Способ хранения
газгольдеры криоцистерны, в которых поддерживается пониженная температура
Для выработки 1 Гкал необходимо сжечь нормального топлива 99,84 кг* 104,48 кг*
Критическая температура, свыше которой невозможно сжижение газа 96,84°C (пропан) -82,5°C (метан)
Плотность газовой фазы при 0°C 0,7168 кг/м3 2,0037 кг/м3
Плотность жидкой фазы при 0°C 416 кг/м3 528 кг/м3
Удельная теплота сгорания 45,58 МДж/кг 43,56 МДж/кг
Концентрация газа, необходимая для воспламенения концентрация паров пропана от 2,3 до 9,5 %, нормального бутана от 1,8 до 9,1 % (объемных) от 4,4 % до 17 % (объемных)
* Значение приведено условно, т.к. точность расчета напрямую зависит от состава применяемого на объекте газа
Исходя из данных в таблице выше, ключевым и наиболее важным различием является температура хранения. СУГ хранится в газгольдерах под давлением при температуре, близкой к температуре окружающей среды. Недостаточное испарение жидкой фазы может наблюдаться в районе Крайнего Севера, где температура воздуха может быть ниже -60°С. Для улучшения процесса регазификации в таких регионах устанавливают испарительные установки жидкостного или электрического типа.
Условия хранения СПГ же кардинально отличаются. Сжиженный природный газ допускается хранить только в изотермических резервуарах с полной герметизацией (криоцистернах), изготовленных из материалов, стойких к температурам хранения продукта. Внутри емкости постоянно должна поддерживаться низкая температура около -163°С.
Исходня из изложенный данных , выбираю сжиженный углеводородный (нефтяной) газ (Пропан-Бутан).
Состав: 80% пропан – 20% бутан
Устанавливается 2 газгольдера объемом по 20.000 литров
По ГОСТу только на 85% от общего объема разрешено заправить газгольдер в Спб. Цена сжиженного газа при покупке больших количества будет уменьшаться. Несоблюдение норм чревато выходом из строя оборудования. Перед зимой такой поворот событий будет некстати.
Давление в газгольдере: P = 6 -7 (Па)
Объем заправленного газа (2 газгольдера): V = 34.000 (л)
Температура: равная атмосферной
Средняя плотность: p = 0.550 (кг/м?)
Масса: m = 18.700000000000003 (кг) = 18,7 (т)
Средний переход между заходами в порот около 7 – 10 дней, средняя стояка в порту при грузовых операциях около 1 – 2 дней.
Расход топлива комбинированного котла:
• на ходу - от секции утилизационного контура, в случае большого количества потребителей 0,5 – 1,5 (т) в сутки
• на стоянке - от горелки, около 1,5 – 2,0 (т) в сутки
• максимальный расход топлива при постоянной работе горелки около 2,8 (т) в сутки
Таблица: cравнение цен на судовое топливо (источник “world bunker prices”)
Вид
Топлива
“HSFO”
(мазут)
“MGO” (Дизель)
“LPG”
(пропан-бутан)
Цена
(за м/т)
436 $
28.340 руб.
653 $
42.445 руб.
302 $
19.600 руб.
.
* тарифы на газ варьируются из-за сезонности: в холодное время года - выше, летом - ниже.
Таблица: сравнения стоимости MGO и LPG при работе комбинированного котла “Alfa Laval K.K. GCS-23ST’’ на ходу и на стоянке.
Вид топлива:
MGO
LPG
средний суточный расход на стоянке
1,5 т
средняя стоянка в порту
5дней
cтоимость, м/т
653$
302$
месячный расход
4.897 $
2.632 $
Полученная разница между MGO и LPG за годовой период работы котла составляет:
4.897 - 2.632 = 2.632 x 12 месяцев = 31.584 $ - экономический эффект
Расход топлива в режиме ходового времени при подключении к утилизационной части – огневой части комбинированного котла .
Средне статистическая работа в режиме ходового времени 10% (совместна работа утилизационной и огневой части ) – 2,5 суток в месяц
Вид топлива:
MGO
LPG
суточный расход
1т
месячный расход
2,5 т
средне-годовой расход
30 т
cтоимость,м/т
653$
302$
годовая стоимость
19.590$
10.530 $
Годовая сумма экономии при переходе с топлива с MGO на LPG cоставляет 19.950 + 10.530 = 30.480 $
Затраты на модификацию системы для перехода на СНГ:
Установка газгольдеров от компании СПЕЦГАЗ объемом 2 х 20.000 (л):
Газгольдеры СпецГаз характеризуются клапаном безопасности, который сохраняет целостность корпуса при интенсивном нагреве либо перенаполнении. Резервуары оборудуются датчиками объема и давления, выводными патрубками и имеют надежную систему безопасности.
• диапазон рабочих температур от – 40 до + 45 С
• поставляются вместе с ответствующей проектной документацией и обозначаются серийным номером
• сваренные сосуды в индивидуальном порядке испытываются давлением 25?кг/см?^2
• доставка оборудования на объект бесплатно
• стоимость 87.750 $
• ориентировочная стоимость монтажных работ 18.850 $
Установка горелки от Финской компании Oilon (GKP-140 MH газ-дизель):
• комплектная поставка (бесплатно), а так же установка под ключ специалистами компании
• стоимость горелки 56.238 $ (включ. проектный план)
• ориентировочная стоимость монтажных работ 13.650 $
• ориентировочная стоимость прокладки трубопроводов от газгольдеров к горелке составляет 12.870 $
Общая сумма расходов на модификацию системы - 44.818 $
Вывод: ориентировочный cрок окупаемости перехода комбинированного котла “Alfa Laval K.K. GCS-23ST’’ с HFO на СНГ составляет 1,5 года, что экономически целесообразно.
Бывшие всегда актуальными проблемы энергосбережения (по существу, экономия топлива) и защиты окружающей среды от вредных выбросов с судов за последнее десятилетие еще более обострились в связи с неустойчивостью мирового нефтяного рынка и ужесточением требований природоохранных организаций, включая новые положения IMO в соответствующих разделах Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ 73/78, Прил. VI, Классы II и III).
Решением указанных проблем явились новые образцы топочных устройств для судовых котельных установок.
Рис. 1. Суда, работающие на СПГ
Горелки для сжигания природного газа и мазута. Переход на СПГ-топливо по своей значимости сопоставим с технологической революцией начала ХХ века, когда мировой торговый флот отказался от угля в пользу мазутов и дизельного топлива. Такие топочные устройства выполняются комбинированными, позволяющими поочередно сжигать эти топлива в одном горелочном устройстве. Одним из преимуществ комбинированных грелок является возможность легкого перехода с сжигания одного вида топлива на другое. Горелка должна быть выполнена таким образом, чтобы сжигание каждого из видов топлива происходило в оптимальных условиях.
Рис. 2. Флот, работающий на СПГ
Единственным новым видом топлива, применение которого оказывает существенное влияние на экологические показатели судовых двигателей, является природный газ.
Современные газовые горелки способны сжигать природный газ эффективно и полностью. Из-за отсутствия в нем серы, азота и золы, при сжигании природного газа образуется значительно меньшее количество выбросов NOx, CO, соединений серы и твердых частиц, чем при сжигании нефти.
На рис. 2 представлена разбивка флота, работающего на СПГ, по типам судов. Хотя в настоящее время во флоте преобладают региональные паромы и суда снабжения платформами (ПСВ), книги заказов показывают растущую дифференциацию и тенденцию к более крупным судам, таким как контейнерные суда и суда общего назначения. СПГ будет особенно полезен для судов, работающих главным образом в Экас, таких, как суда, осуществляющие прибрежное судоходство, такие, как паромы и морские суда, а также питательные контейнерные суда, распределяющие контейнеры из крупных портов в малые порты Экас.
Рис. 3. Суда, работающие на СПГ
Рис.4. Бункерное судно CARDISSA LNG в северной Европе
СПГ как топливо является проверенным и доступным коммерческим решением. СПГ предлагает огромные преимущества, особенно для судов в свете постоянно ужесточающихся правил выбросов. Обычное масло, топливо останется основным топливом для большинства судов в ближайшем будущем, и, в то же время, коммерческие возможности СПГ интересны для многих проектов. Хотя для соблюдения предельных значений выбросов в атмосферу могут использоваться различные технологии,…(варианты решение скрубер малосернистое топливао и т.д. от материала). Технология СПГ является разумным способом удовлетворения существующих и будущих требований к основным видам выбросов (SOx, NOx, ТЧ, CO2). СПГ может быть конкурентоспособным по цене с дистиллятным топливом и, в отличие от других решений, во многих случаях не требует установки дополнительной технологической технологии.
Рис. 5. Реализация замены применяемого топлива на судне в пользу СПГ
Использование СПГ сокращает выбросы CO2 примерно на 25 процентов. Оно уменьшает окиси серы почти 100 процентами, и оно уменьшает излучение окиси азота около 85 процентами.
Рис. 6. Крупнейшее бункерное судно снабжения сжиженным природным газом (СПГ), М. В. Кайрос
Описание вспомогательного котла “Alfa Laval K.K. GCS-23ST’’
ЧЕРТЕЖ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КОТЛА
- Тип: вертикальный, цилиндровый, водотрубный, комбинированный;
- Количество: 1 котел/1 судно;
- Производительность:
от секции для сжигания нефти – 1800 кг/ч х 0,55 мПа,
от секции выхлопных газов – 710 кг/ч х 0,55 Мпа, при нормальной мощности главного двигателя 7810 кВт;
- Давление пара: проектное 0,69 Мпа, нормальное 0,55 мПа;
- Температура пара: температура насыщенного ( ?155,46?^0 C при 0,55 мПа );
- Расход топлива: 139 кг/ч;
- Котельный питательный насос воды x 2шт.:
тип: горизонтальный центробежный насос, “EB2H-32D”;
производительность питательного насоса:
3,0 м^2/ч при 0,98 мПа; 5.5 кВт;
температура питательной воды: ?60?^0 C.
Рис. 7. Схема топливная работы котла “Alfa Laval K.K. GCS-23ST’’
Описание топочного устройства “Sunflame ECP-3”:
- Тип: полностью автоматический, “forced draft pressure - jet system”;
- Количество: 1 комплект;
- Производительность сгорания топлива: 145 кг/ч;
- Распылитель: “F-80 24.0 G/?60?^0 PLP” x 1шт.
- Топливный насос для сжигания топлива x 1шт.:
тип: шестеренчатый насос “Nippon G-Rotar MFG. CO. LTD , GFH-V5L”,
производительность: 230 кг/ч;
давление нагнетание-всасывание: 2,2 мПа – 0-0,3 мПа
- Топливный циркуляционный насос x 1шт.:
тип: шестеренчатый насос “Nippon G-Rotar MFG. CO. LTD , TOP-204”,
производительность: 370 кг/ч; 0,4 кВт
давление нагнетание-всасывание: 0,5 мПа – 0-0,3 мПа
Рис. 8. топочного устройства “Sunflame ECP-3”
- Топливный подогреватель x 1шт.:
тип: электрический обогрев, “ TOYO Heater MFG, CO., LTD, NJ - 8A”;
производительность: 154 кг/ч; 8кВт
температура: ?80?^0 C (вход ?60?^0 C)
- Вязкость топлива: для форсунки более 17 ?мм?^2/сек;
вход оборудования 250 ?мм?^2/сек.
- Вентилятор x 1 шт.:
тип: турбо – вентилятор, “OST - 34”
производительность: 34? Нм?^2/мин; 3,7 кВт
статическое давление: 2,45 кПа, 250 мм вод. ст.
Цель работы: с целью повышения технико-экономических показателей вспомогательного котла, принято решение заменить тип используемого энергоресурса с тяжелого топлива на параллельное подключение СПГ и легкого дизельного топлива.
Рис. 9. Источники бункерного СПГ для газодизельного судна
Для решения этой задачи необходима замена существующей горелки на комбинированную горелку, способную сжигать как СРГ так и легкое дизельное топливо.
ОПИСАНИЕ ГОРЕЛОК MONARCH, WEISHAUPT, OILON`
Исходя из вышеперечисленных преимуществ выбрана горелка фирмы Oilion.
Этапы подбора по выбору комбинированной горелки Oilion:
.Получить технические данные котла и информацию об объекте
мощность котла, КПД или требуемая мощность горелки
противодавление топки
используемое топливо/виды топлива
давление топлива на входе в горелку
способ регулирования мощности горелки.
Мощность горелки = 1260/0,8=1575 кВт.
Производительность сгорания дизельного топлива: 1720 кВт
Данной производительности соответствует комбинированная горелка GKP-140 MH.
Технические данные:
Мощность жидкое топливо: 47-200 кг/ч (550-2350 кг/ч)
Мощность газ: 410-2350 кВт
Двигатель вентилятора:3 ~ 400В, 50 Гц
Мощность: 4 кВт
Ток: 7,2 А
Скорость: 2900 об/мин
Блок управления: WD34
Класс NOx:
Жидкое топливо: 1
Газ: 1
Соединение топливного шланга:
- всасывание/возврат: R1/2’’
Топливный насос J7
- Двигатель 3~ 400 В,
50 Гц
Мощность: 0,75 кВт
Ток: 2 А
Скорость: 2900 об/мин
Вес: 162 кг
Рис. 10. Габаритный чертеж и диаграмма работы
подобранной горелки Oilion
G = Подача газа
O = Подача/возврат жидкого топлива
E = Электрическое соединение
F = FGR – Рециркуляция дымовых газов
При использовании рециркуляции дымовых газов жидкотопливный насос монтируется в другом месте.
Рис. 11. Схема подключения комбинированной горелки GKP-140 MH
Для реализации данного решения необходима установка в кормовой части на судне баллонов СПГ. Сухогруз может быть снабжен бункерным баком типа C объемом 500 м3, изготовленным из аустенитной высокомарганцевой стали и расположенным на кормовой швартовной палубе. Разработанная компанией POSCO, корейским стальным конгломератом, криогенная сталь имеет содержание марганца около 26%. Свойства и характеристики материала, а также необходимая технология сварки и конструкция топливного бака были доказаны пригодными для обслуживания СПГ. Испытание KR помогло проверить заслуги новой стали POSCO и своя польза правоподобна для того чтобы быть благоволить к вариантом в сотрудничестве общества типа Новом с STX O&S. сталь высок-марганца показывала превосходство над много существующих криогенных материалов оперируя понятиями окончательных прочности на растяжение и удлиненности, и имеет относительно низкий коэффициент теплового расширения. Еще одним преимуществом материала является его экономическая целесообразность. Продолжающийся рост спроса на бункерные и складские емкости для СПГ привел к нехватке никеля, традиционного компонента криогенных сталей. Сталь на основе марганца POSCO не содержит никеля, и производитель стали указывает, что марганец в настоящее время не находится под повышательным ценовым давлением, с которым сталкивается никель.
Рис. 12. Расположение баллонов СПГ и расходного топливного танка, подключенных к вспомогательному котлу, ГД и ДГ на судне
В процессе эксплуатауции при использовании СПГ и легкого дизельного топлива могут возникнуть определенные проблемы.
Технические:
- СПГ по сравнению с соляром (с учетом плотности и тепло-творной способности) требует вдвое больших объемов танков запаса топлива.
- СПГ хранится при температуре ок.-160°C и давлении до10Бар во вкладных танках из специальных материалов, покрытых слоем теплоизоляции толщиной более 0,5м,требуется организация вторичного барьера, особые меры по контролю газового состава атмосферы и вентиляции. Размещение таких танков на судне вызывает снижение его грузовместимости.
- Использование СПГ в любом случае существенно усложняет энергоустановку.
- Специфические механизмы и агрегаты, необходимые для работы энергоустановки на СПГ, не всегда предлагаются в требуемом ассортименте и с должными сертификатами, некоторые из них сейчас производятся исключительно для берегового применения.
Экономические:
- Перевод судна на СПГ неизбежно ухудшает его эффективность, как транспортного средства (т.к. для размещения системы хранения СПГ приходится выделять объемы в корпусе либо на палубе, которые на судах–аналогах занимает полезная нагрузка).
- Специфические механизмы и агрегаты, необходимые для работы энергоустановки на СПГ, сейчас, как правило, малосерийные, а потому дороже своих аналогов, используемых на обычных судах.
- Использование материалов, технологий и норм безопасности, применяемых в криогенной и газовой технике, также существенно удорожает такие механизмы и агрегаты.
- Требуется более квалифицированный (соответственно, высокооплачиваемый) персонал.
Нормативные
- Сейчас единственным юридически обязывающим международным документом, регламентирующим вопросы использования газов в качестве судового топлива, является кодексIGC(International Gas Code),однако он регламентирует эти вопросы исключительно для газовозов.
- КодексIGF(International Gas Fuel),регламентирующий использование горючих газов и жидкостей с низкой температурой вспышки в качестве топлива на судах, разрабатывается в настоящее время, ожидается его принятие в 2015…2016г.г.
- Под комитет по безопасности ИМО разработал резолюцию IMO MSCRes.285-86,основанную на IGC и регламентирующую возможность использования метана в качестве топлива на судах, не являющихся газовозами. Эта резолюция дает возможность морским администрациям рассматривать такие вопросы, но не является юридически обязывающим документом.
Логические:
- Существующие сейчас суда, энергоустановки которых работают на СПГ, для бункеровки используют преимущественно либо автотранспорт, либо обслуживаемые ими FPSO,либо не бункеруются во все, используя выпаривание груза СПГ.
- В то же время для широкого распространения СПГ как бункерного топлива возможность бункеровки им перестанет быть сдерживающим фактором только тогда, когда бункеровка судна СПГ будет также легко осуществима, как сейчас–бункеровка жидким нефтяным моторным топливом.
- Сейчас возможность бункеровки СПГ еще нельзя считать обеспеченной.
К 2020 году количество морских судов, использующих СПГ, вырастет в 3-5 раз
Количество морских судов в мире, которые используют в качестве топлива сжиженный природный газ (СПГ), к 2020 году могло бы вырасти более чем в восемь раз - со 117 до тысячи, однако аналитики международной сертификационной компании DNV GL недавно пересмотрели прогноз в сторону уменьшения. Теперь они ждут роста лишь в 3-5 раз - до 400-600 единиц из-за медленного развития бункеровочной инфраструктуры, пишет "Российская газета".
Рис. 13. Проблемы бункеровки СПГ
Сейчас морские суда используют СПГ в качестве топлива менее чем в одном проценте случаев. В основном их заправляют мазутом - 80 процентов случаев, остальное приходится на судовой дизель (данные Международного энергетического агентства на 2015 год). Бункеровка СПГ как составная часть портовой инфраструктуры пока находится в стадии зарождения.
"Будущее СПГ-бункеровки напрямую зависит от двух важных объективных предпосылок. Первая связана с усилением экологических требований в сфере морских перевозок и регулирования выбросов вредных веществ в Мировом океане. Вторая предпосылка - экономическая целесообразность переключения на СПГ с нефтепродуктов", - говорится в ежемесячном энергобюллетене Аналитического центра (АЦ) при правительстве РФ.
Техника безопасности при использовании СПГ
Важной и особо значимой проблемой в технике безопасности является разлив СПГ, его распространение и испарение. На данный процесс влияет понижение давления и теплообмен. Еще одна проблема - это возгорание СПГ. В свободной атмосфере горение внутри смеси метана с воздухом распространяется теплопроводностью и диффузией свободных радикалов со скоростями в пределах 5-15 м/с в зависимости от состава смеси. Это явление медленной дефлаграции (горение без взрыва) не вызывает существенного повышения давления, другими словами, взрыва не происходит, что произошло бы в закрытом объеме. При возгорании СПГ выделяемая теплота рассеивается тепловым излучением и конвекцией; интенсивность теплового излучения пожара на данном расстоянии определяется этим рассеиванием и атмосферным поглощением.
В случае налива в резервуар СПГ с плотностью, отличающейся от плотности уже хранимого СПГ, может случиться, что обе жидкости не перемешаются, образуя два различных слоя (стратификация СПГ). Это расслоение стабильно, если более плотная жидкость находится на дне. В жидкости образуются две ячейки с независимой циркуляцией. Происходит конвективный обмен, теплота и массы обмениваются на границе двух слоев. Когда плотности жидкости в двух ячейках почти сравниваются, граница раздела исчезает, и жидкости в слоях перемешиваются. Это перемешивание, обычно очень быстрое, сопровождается часто внезапным обильным испарением хранимого СПГ. Чтобы не допустить стратификацию используются устройства перемешивания или выбираются соответствующие способы заполнения резервуара.
?
Выводы по разделу
1. Проведен анализ существующих судов и найдено решение в пользу существенного повышения топливно-экономических показателей вспомогательной энергетической установки.
2. Описан вспомогательный котел «Alfa Laval K.K. GCS-23ST», работающий на тяжелом топливе и установленная горелка.
3. Произведен технический анализ ведущих мировых производителей комбинированных горелок, работающих на газо-топливном энергоресурсе.
4. Обоснован выбор комбинированной горелки GKP-140MH производителя Oilion, а также описана схема подключения, габаритные размеры и диаграмма работы.
5. Представлены проблемы бункеровки СПГ и перевода котла на работу по газодизельному циклу.
УЗЛОВОЙ ВОПРОС:
Бывшие всегда актуальными проблемы энергосбережения (по существу, экономия топлива) и защиты окружающей среды от вредных выбросов с судов за последнее десятилетие еще более обострились в связи с неустойчивостью мирового нефтяного рынка и ужесточением требований природоохранных организаций, включая новые положения IMO в соответствующих разделах Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (МАРПОЛ 73/78, Прил. VI, Классы II и III).
Решением указанных проблем явились новые образцы топочных устройств для судовых котельных установок -
Горелки для сжигания природного газа и мазута. Переход на СПГ-топливо по своей значимости сопоставим с технологической революцией начала ХХ века, когда мировой торговый флот отказался от угля в пользу мазутов и дизельного топлива. Такие топочные устройства выполняются комбинированными, позволяющими поочередно сжигать эти топлива в одном горелочном устройстве. Одним из преимуществ комбинированных грелок является возможность легкого перехода с сжигания одного вида топлива на другое. Горелка должна быть выполнена таким образом, чтобы сжигание каждого из видов топлива происходило в оптимальных условиях.
Единственным новым видом топлива, применение которого оказывает существенное влияние на экологические показатели судовых двигателей, является природный газ.
Современные газовые горелки способны сжигать природный газ эффективно и полностью. Из-за отсутствия в нем серы, азота и золы, при сжигании природного газа образуется значительно меньшее количество выбросов NOx, CO, соединений серы и твердых частиц, чем при сжигании нефти.
Цель работы: с целью повышения технико-экономических показателей вспомогательного котла, принято решение заменить тип используемого энергоресурса с тяжелого топлива на параллельное подключение СПГ и легкого дизельного топлива.
Спецификация вспомогательного котла “Alfa Laval K.K.GCS-23ST’’.
Рис. “Alfa Laval K.K.GCS-23ST’’
Тип: вертикальный, цилиндровый,
водотрубный, комбинированный
Количество: 1 котел/1 судно
Производительность:
секция сжигания нефти секции выхлопных газов
1800 кг/ч х 0,55 мПа 710 кг/ч х 0,55 Мпа
при нормальной мощности главного двигателя 7810 кВт
Давление пара: проектное 0,69 Мпа, нормальное 0,55 мПа
Температура пара: температура насыщенного ( ?155,46?^0 C при 0,55 мПа )
Расход топлива: 139 кг/ч
Котельный питательный насос “EB2H-32D”
Количество: 2 комплекта
Тип: горизонтальный центробежный насос
Производительность: 3,0 м^2/ч при 0,98 мПа; 5.5 кВт
Темп. пит. воды: ?60?^0 C.
Спецификация топочного устройства “Sunflame ECP-3”.
Рис. “Sunflame ECP-3”
Тип: полностью автоматический,
“forced draft pressure - jet system”
Количество: 1 комплект
Производительность: 145 кг/ч
Распылитель: “F-80 24.0 G/?60?^0 PLP” x 1шт
Топливный насос для сжигания топлива
“Nippon G-Rotar MFG. CO. LTD , GFH-V5L”
Тип: шестеренчатый насос
Количество: 1 комплект
Производительность: 230 кг/ч
Давление
нагнет.-всасывание: 2,2 мПа – 0-0,3 мПа
Топливный циркуляционный насос
“Nippon G-Rotar MFG. CO. LTD , TOP-204”
Тип: шестеренчатый насос
Количество: 1 комплект
Производительность: 370 кг/ч; 0,4 кВт
Давление
нагнет.-всасывание: 0,5 мПа – 0-0,3 мПа
Топливный подогреватель
“ TOYO Heater MFG, CO., LTD, NJ - 8A”
Тип: электрический обогрев
Количество: 1 комплект
Производительность: 154 кг/ч; 8кВт
Температура: ?80?^0 C (вход ?60?^0 C)
Вязкость топлива: для форсунки более 17 ?мм?^2/сек;
вход оборудования 250 ?мм?^2/сек.
Вентилятор “OST - 34”
Тип: турбо – вентилятор
Количество: 1 комплект
Производительность: 34? Нм?^2/мин; 3,7 кВт
Статич. давление: 2,45 кПа, 250 мм вод. ст.
Для решения этой задачи необходима замена существующей горелки на комбинированную горелку, способную сжигать как СРГ так и легкое дизельное топливо.
ОПИСАНИЕ ГОРЕЛОК MONARCH, WEISHAUPT, OILON`
Исходя из вышеперечисленных преимуществ выбрана горелка фирмы Oilion.
Этапы подбора по выбору комбинированной горелки Oilion:
.Получить технические данные котла и информацию об объекте
мощность котла, КПД или требуемая мощность горелки
противодавление топки
используемое топливо/виды топлива
давление топлива на входе в горелку
способ регулирования мощности горелки.
Мощность горелки = 1260/0,8=1575 кВт.
Производительность сгорания дизельного топлива: 1720 кВт
Данной производительности соответствует комбинированная горелка GKP-140 MH.
Спецификация топочного устройства Oilon “GKP-140 MH”.
Рис. Габаритный чертеж и диаграмма работы подобранной горелки Oilion
“GKP-140 MH”.
Мощность жидкое топливо: 47-200 кг/ч (550-2350 кг/ч
Мощность газ: 410-2350 кВт
Двигатель вентилятора: 3 ~ 400В, 50 Гц
Мощность: 4 кВт
Ток: 7,2 А
Скорость: 2900 об/мин
Блок управления: WD34
Класс NOx:
Жидкое топливо: 1
Газ: 1
Соединение топливного шланга: - всасывание/возврат: R1/2’
Топливный насос J7
Двигатель: 3~ 400 В, 50 Гц
Мощность: 0,75 кВт
Ток: 2 А
Скорость: 2900 об/мин
Вес: 162 кг
G = Подача газа
O = Подача/возврат жидкого топлива
E = Электрическое соединение
F = FGR – Рециркуляция дымовых газов
При использовании рециркуляции дымовых газов жидкотопливный насос монтируется в другом месте.
Рис. Схема подключения комбинированной горелки GKP-140 MH
Рис. 12. Расположение баллонов СУГ и расходного топливного танка, подключенных к вспомогательному котлу, ГД и ДГ на судне
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Вывод:
Преимущества и риски газового топлива.
Требования зарубежных классификационных обществ по безопасности использования газомоторного топлива.
Использование газового топлива на транспорте, в том числе на морском и речном, обладает рядом известных преимуществ и является достаточно перспективным. В то же время использование газового топлива приводит к возникновению дополнительных рисков в сфере эксплуатации, которые необходимо минимизировать.
Морской администрацией Дании на 83-й сессии Комитета по безопасности на море Международной морской организации (IMO) были представлены данные об аварийности судов-газоходов за период 1965-2005 годов. В течение этого периода на судах данного класса было зафиксировано 182 аварийных случая, из которых 24 не были связаны с эксплуатацией судна (аварии на верфях во время постройки, ремонта, нападения пиратов и т.п.), а подавляющее большинство аварийных случаев непосредственно связано с использованием газового топлива.
Статистика опасности
На основании приведенной статистики выделяются следующие виды опасностей, обусловленных присутствием на судне сжиженного природного газа (СПГ) и его паров:
1) объемный взрыв газа, возникающий в результате его утечки в газообразном состоянии в замкнутом объеме при наличии источника воспламенения (источником воспламенения может служить открытое пламя, электрическая искра или поверхность, нагретая выше температуры самовоспламенения газа (для метана +540°);
2) взрыв емкостей для хранения газа вследствие повышения давления;
3) пожар в результате разлившегося газа или струйный пожар в результате горения газа под давлением;
4) газовое облако, в котором может возникнуть пожар;
5) быстрое фазовое превращение при попадании сжиженного газа в воду, аналогичное взрыву без возгорания;
6) резкое значительное увеличение давления в емкости сжиженного газа в результате перемешивания слоев газа с различной плотностью и резкого увеличения интенсивности парообразования в танке СПГ;
7) удушение в результате попадания человека в облако газа;
8) травмы от низких температур в результате воздействия сжиженного газа при контакте с кожей человека;
9) загрязнение атмосферы в результате утечки газа.
При рассмотрении указанных опасностей применительно к судам, использующим сжиженный газ в качестве топлива, очевидно, что для различных типов энергетических установок и различных способов хранения газа на судне не все опасности одинаково вероятны и значимы. В случае хранения газа в баллонах под давлением в закрытом помещении опасности 5, 6, 8 практически отсутствуют, но при этом возрастает вероятность опасностей 1 и 7. В случае хранения газовых баллонов на открытых участках судна вероятность рисков 1 и 7 существенно снижается, но при этом возрастает вероятность возникновения опасности 9.
Опыт эксплуатации судов, использующих газовое топливо, свидетельствует, что наибольшую опасность независимо от типа энергетической установки и способа хранения газового топлива представляют утечки газа, влекущие за собой взрывы и пожары.
С целью решения вопроса безопасности эксплуатации судовых энергетических установок, работающих на газовых топливах, установлены требования классификационных обществ к судам и энергетическим установкам такого типа. Наибольший интерес представляют требования постоянных членов Международной ассоциации классификационных обществ (ICAS): American Bureau of Shipping – Американского бюро судоходства, Bureau Veritas – Бюро Веритас (Франция), China Classification Society (CCS) – Китайского классификационного общества, Det Norske Veritas (DNV) – Норвежского классификационного общества, объединенного с Germanischer Lloyd (GL) – Германским Ллойдом, Korean Register of Shipping (KR) – Корейского регистра судоходства; Lloyd’s Register – Регистра судоходства Ллойда (Великобритания); Nippon Kaiji Kyokai (NK) – Японского регистра судоходства; Registro Italiano Navale (RINA) – Итальянского регистра судоходства; Russian Maritime Register of Shipping (RS) – Российского морского регистра судоходства, а также ассоциированных членов МАКО (ICAS): Indian Register of Shipping (IRCLASS) – Индийского регистра судоходства, Polski Rejestr Statkow (PRS) – Польского регистра судоходства, Hrvatski Registar Brodova (CRS) – Хорватского регистра судоходства.
Документы большинства классификационных обществ содержат основные определения главных и вспомогательных систем судов, использующих газ в качестве топлива, классификационные обозначения, рекомендации по размещению и разделению судовых помещений, рекомендации по проектированию систем утилизации испарившегося газа, систем вентиляции, систем определения наличия газа, систем инертного газа.
При различной структуре документов их содержание в основном совпадает и включает требования к общей конструкции и устройству судна, анализ возможных рисков, требования к материалам и конструкции трубопроводов, системам бункеровки, системам противопожарной защиты и вентиляции.
Документы регламента
Применение газового топлива регламентируется тремя документами Американского бюро судоходства (ABS):
• «Требования к судам, использующим сжиженный природный газ в качестве топлива»;
• «Правила надзора после изготовления с 2016 года»;
• «Требования к главным и вспомогательным системам судов-газоходов».
Документами определены три уровня проектирования судов, предназначенных для использования газового топлива: концептуальное проектирование, общее проектирование, детальное проектирование, одобрение и применение.
Первый уровень устанавливает перечень документации, чертежей и схем, подлежащих надзору при проектировании судов с целью обеспечения их пригодности к использованию КПГ. Каждый последующий уровень более подробно детализирует объекты (документы и схемы), на которые распространяются требования и указываются дополнительные требования к ним.
Документы регламентируют надзор после изготовления судовых энергетических установок и механизмов.
Ежегодный осмотр судов, использующих газовое топливо, включает контроль емкостей для хранения КПГ, системы бункеровки газовым топливом, системы использования газового топлива и системы утилизации отработанных газов. Контроль осуществляется путем проверки оборудования и системы безопасности, трубопроводов и устройств топливной газовой системы, трубопроводов и устройств систем бункеровки, вентиляции, конденсации паров, герметичности устройств, противопожарного оборудования, электрооборудования и электрических соединений.
Ежегодный осмотр судов с двухтопливными двигателями включает проверку давлений в системах двигателя, тестирование системы управления и автоматического обеспечения безопасности при использовании газового топлива, проверку трубопроводов газового топлива, системы контроля наличия газа в машинном отделении, системы аварийной сигнализации, аварийного закрытия главного и вспомогательных газовых клапанов.
Специальные периодические осмотры машин и механизмов включают проверки ручных устройств управления газовых топливных систем, трубопроводов, клапанов, давления в газовых системах, электрического оборудования, фильтров основных систем, впускных и выпускных систем.
Требования Регистра судоходства Ллойда (Великобритания) к судам, использующим газовое топливо, приведены в документе «Правила и предписания для классификации судов, использующих в качестве топлива природный газ».
Особенностью документа является присутствие раздела «Исследование основных рисков» (Risk Based Studies), который содержит цели, системы оценок опасностей, надежности, виды аварий и оценки состояния главного клапана топливных танков, классификацию опасных зон, характеристику опасностей при бункеровке.
Требования классификационного общества Бюро Веритас (Франция) к судам, использующим газовое топливо, содержатся в двух документах:
• «Суда, подготовленные для использования газового топлива» (Gas-prepared Ships);
• «Суда, заправляемые сжиженным природным газом» (LNG bunkering ship).
В настоящее время Норвежское классификационное общество – Det Norske Veritas (DNV) объединено с Германским Ллойдом – Germanischer Lloyd (GL). Общие требования классификационных обществ содержатся в следующих документах:
• «Нефтяные и газовые технологические системы»;
• «Плавучие устройства для получения, хранения и погрузки сжиженного природного и сжиженного нефтяного газа»;
• «Развитие и использование средств для бункеровки сжиженным природным газом».
Требования к судам, работающим на газовом топливе, Корейского регистра судоходства – Korean Register of Shipping (KR) представлены в документе «Руководство для судов, работающих на сжиженном природном газе».
Японский регистр судоходства – Nippon Kaiji Kyokai (NK) сформулировал требования к судам, работающим на газовом топливе, в документе «Руководство для судов, работающих на газовом топливе».
Наибольший интерес представляет содержание глав 6 «Система хранения топлива» (Fuel Containment System), 9 «Снабжение топливом потребителей» (Fuel Supply to Consumers), 10 «Выработка энергии, включая главные и другие потребители энергии» (Power Generation including propulsion and other energy consumers).
В главе 6 содержатся общие требования к системам хранения топлива, топливным танкам, системе снижения давления, атмосферному контролю системы хранения топлива, системе инертного газа.
В главе 9 содержатся общие функциональные требования к системе топливоподачи, требования по обеспечению ее надежности и безопасности, к распределению газового топлива в машинном отделении и обеспечению топливом потребителей, конструкции вентиляционных каналов и других трубопроводов, компрессорам и насосам.
В главе 10 содержатся функциональные требования к устройствам, генерирующим энергию (мощность), к поршневым двигателям внутреннего сгорания, работающим на газовом топливе, к главным и вспомогательным котлам, к газовым турбинам.
Китайское классификационное общество – China Classification Society (CCS) устанавливает требования к судам, использующим газовое топливо, «Правилами для судов, использующих в качестве топлива природный газ» и «Руководством для судов, работающих на природном газе».
Ассоциированными членами МАКО являются Индийский регистр судоходства – Indian Register of Shipping (IRCLASS), Польский регистр судоходства – Polski Rejestr Statkow (PRS), Хорватский регистр судоходства – Hrvatski Registar Brodova (CRS).
В нормативных документах IRCLASS и PRS отсутствуют требования к судам, использующим газовое топливо.
Требования Хорватского регистра судоходства сформулированы в Правилах классификации судов. Пункт 2.21 «Контроль и безопасность двухтопливных систем дизелей» (Control and Safety Systems for Dual Fuel Diesel Engines) главы 9 «Машины» (Machines) содержит требования к системам подачи жидкого и газообразного топлива, системам выпуска и пуска, контролю процесса сгорания, трубопроводам газовой топливной системы, системам аварийной сигнализации и защиты, требования к средствам автоматизации.
Наиболее крупными классификационными обществами, не входящими в МАКО (ICAS), являются Греческий регистр судоходства – Hellenic Register of Shipping (HRS), Бразильский регистр судоходства – Brasilian Register of Shipping (RBNA), Венесуэльский регистр судоходства – Venezuelan Register of Shipping (VRS), Индонезийское классификационное общество – Biro Klassificasi Indonesia (BKI), Иранское классификационное общество – Iranian Classification Society (ICS).
Требования Греческого регистра судоходства к судам, использующим газовое топливо, содержатся в «Правилах и рекомендациях для классификации и проектирования металлических судов». В главе 2 части 5 «Поршневые двигатели» присутствуют п.п. 8.4.8-8.4.12, в которых сформулированы требования по использованию газового топлива для двигателей.
Требования Индонезийского классификационного общества – Biro Klassificasi Indonesia (BKI) к судам, использующим газовое топливо, приведены в «Руководстве по использованию газа в качестве топлива для судов», содержание которого в основном совпадает с требованиями других классификационных обществ, представленных выше.
Иранское классификационное общество – Iranian Classification Society (ICS) также руководствуется документом «Руководство по использованию газа в качестве топлива для судов» (BKI).
В документах Бразильского регистра судоходства – Brasilian Register of Shipping (RBNA) и Венесуэльского регистра судоходства – Venezuelan Register of Shipping (VRS) отсутствуют требования по использованию на судах газового топлива, что, по-видимому, объясняется отсутствием в этих странах необходимости в судах-газоходах.
Выводы
Сопоставление требований правил различных классификационных обществ позволяет сделать следующие выводы:
– в большинстве правил присутствуют пояснения основных терминов и определений, что обеспечивает однозначность понимания и трактовки последующих разделов;
– наиболее полные и подробные требования к газовым поршневым двигателям изложены в Правилах Американского бюро судоходства, Регистра Ллойда, Норвежского классификационного общества и Германского Ллойда, Китайского классификационного общества, Японского регистра судоходства, Корейского регистра судоходства;
– структура и содержание правил указанных классификационных обществ в основном совпадают. Основные требования касаются следующих элементов и систем: хранения газового топлива и транспортировки его к потребителям, впускных и выпускных систем, защиты картера, контроля, мониторинга, автоматической сигнализации и защиты, противопожарной защиты, средств предотвращения взрывов, системы аварийной остановки двигателя, вентиляции;
– анализ правил, разработанных и используемых зарубежными классификационными обществами, может быть полезен для дополнения Правил РРР и РМРС с целью повышения безопасности эксплуатации судовых энергетических установок, использующих газовое топливо.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]