Перевозка природного газа морем

От автора

Материал, представленный в этой книге, предназначен для слушателей ознакомительного курса по подготовке персонала для работы на судах-газовозах СПГ.

Общие вопросы перевозки сжиженных газов, а также работа некоторых судовых систем, которые прекрасно изложены в книге КДП С.П. Баскакова «Перевозка сжиженных газов морем», - здесь не рассматриваются.

Все операции и описания оборудования, которые изложены в этой книге, рассмотрены на примере концепции грузовой системы Газ Транспорт № 96 модифицированной, так как она, на мой взгляд, является наиболее сложной в технологическом отношении по с равнению с такими концепциями, как Техник Газ Марк III, MOSS и CS-1. А также на основании того, что все технологические операции с этими системами, являются только частью операций в системе, выбранной для этой книги.

Надеюсь, что краткий исторический экскурс, а также анализ экономических показателей, танкеров-газовозов СПГ с различными типами главных двигателей, будет также интересен для слушателей курса.

SVL.

Перевозка сжиженного природного газа морем

Часть 1

Содержание.

Развитие морского транспорта для перевозки СПГ.

1.Коды и Правила.

2.Свойства СПГ

2.1 Физические свойства и состав СПГ.

2.2 Характеристики СПГ 14

2.2.1 Воспламеняемость смеси метана, кислорода и азота.

2.2.2 Использование диаграммы.

2.3 Дополнительные характеристики

2.3.1 Разлив воду

2.3.2 Облако пара

2.3.3 Реактивность

2.3.4 Криогенные температуры

2.3.5 Поведение СПГ в грузовом танке

2.4 Свойства азота и инертного газа.

2.4.1 Азот

2.4.2 Физические свойства азота

2.4.3 Характеристики азота

2.4.4 Химические свойства

2.4.5 Опасности

2.4.6 Инертный газ

2.4.7 Характеристики инертного газа

2.5 Опасность низких температур для металла, меры безопасности.

2.6 Опасности для персонала.

2.6.1 Метан

2.6.2 Азот

3. Концепция конструкции грузовой системы.

3.0.1 Общие положения.

3.1 Принципы системы содержания груза.

3.1.1 Конструкция изоляции и барьеров.

3.2 Мембранная система

3.2.1 Оборудование грузового танка

3.3 Проблемы и неисправности.

3.4 Опасные районы и газоопасные зоны.

4. Грузовая система.

4.1 Система трубопроводов

4.1.1 Жидкостная линия

4.1.2 Паровая линия.

4.1.3 Система распыла.

4.1.4 Газовая линия.

4.1.5 Топливная газовая линия.

4.1.6 Линия вентиляции.

4.1.7 Линия инертизации и аэрации.

4.2 Грузовые насосы.

4.2.1 Главные грузовые насосы.

4.2.2 Насосы зачистки и распыла.

4.2.3 Аварийный грузовой насос.

4.3 Грузовые компрессоры.

4.3.1 Компрессоры высокой производительности.

4.3.2 Система газового затвора.

4.3.3 Система смазки

4.3.4 Система контроля гидравлического удара.

4.3.5 Входные управляемые лопасти.

4.3.6 Компрессоры низкой производительности

4.3.7 Система газового затвора

4.3.8 Система смазки

4.3.9 Система контроля гидравлического удара

4.3.10 Входные управляемые лопасти

4.3.11 Система масляного переборочного затвора.

4.4 Подогреватель выкипа.

4.5 Испаритель СПГ

4.6 Форсированный испаритель.

4.6.1 Демистер (Отделительтумана).

4.7 Вакуумные насосы.

4.8 Система передачи груза

4.8.1 Система Фоксборо

4.8.2 Замеры груза

4.8.3 Измерение уровня

4.8.4 Измерение температуры

4.8.5 Система сигнала очень высокого уровня.

4.8.6 Поплавковая система замера груза.

4.8.7 Индикатор крена – дифферента.

4.9 Система производства азота

4.10 Система производства инертного газа и сухого воздуха.

4.11 Система обнаружения газа

4.11.1 Инфракрасная система газового анализа.

4.11.2 Система газового анализа каталитического сжигания.

4.12 Система аварийной остановка и защиты грузовых танков.

4.12.1 Соединение САО судно – берег.

4.12.2 Система контроля нагрузки швартовных соединений.

4.13 Система предохранительных клапанов.

4.13.1 Система предохранительных клапанов на грузовых танках.

4.13.2 Система ПК в пространстве первичной и вторичной изоляции.

4.13.3 ПК на трубопроводах.

5.Вспомогательные системы.

5.1 Система контроля температуры.

5.2 Система подачи и контроля азота в первичную и вторичную систему изоляции

5.3 Система подогрева коффердамов.

5.3.1 Подогреватель гликоля и система подогрева коффердама.

5.3.2 Система подогрева коффердама

5.3.3 Вентиляция трюмов.

6. Грузовые операции.

6.1 Заполнение азотом первичного и вторичного пространств изоляции.

6.1.1 Инертизация пространств первичной и вторичной изоляции.

6.1.2 Проверка во время эксплуатации.

6.1.3 Метод проверки надежности барьера.

6.1.4 Процедура теста.

6.1.5 Общий тест во время эксплуатации

6.1.6 Проверка второй мембраны

6.1.7 Процедура проверки первой мембраны.

6.2 Операции при вводе в эксплуатацию

6.2.1 Первоначальная инертизация пространств изоляции.

6.2.2 Осушение танков

6.2.3 Процедура инертизации танков.

6.2.4 Заполнение грузовых танков природным газом.

6.2.5 Охлаждение грузовых танков.

6.3 Балластный переход.

6.3.1 Сохранение охлажденных танков во время балластного перехода

6.3.2 Плескание груза

6.3.3 Смена балласта.

6.4 Погрузка.

6.4.1 Подготовка к погрузке.

6.4.2 Охлаждение грузовых линий.

6.4.3 Алгоритмы операций охлаждения и погрузки.

6.4.4 Последовательность операций при погрузке.

6.5 Переход в грузу со сжиганием и сжижение пара.

6.5.1 Переход с нормальным сжиганием газа

6.5.2 Переход с форсированным сжиганием газа.

6.5.3 Переход со сжижением пара (УПСГ для метана).

6.6 Выгрузка с возвратом газа с берега.

6.6.1 Охлаждение жидкостной линии и стендера перед выгрузкой.

6.6.2 Выгрузка.

6.6.3 Алгоритм операции выгрузки.

6.7. Подготовка к докованию

6.7.1 Подогрев танков

6.7.2 Инертизация

6.7.3 Продувка воздухом.

7. Аварийные процедуры.

7.1 Утечка пара

7.1.1 Увеличение давления в первом меж барьерном пространстве.

7.1.2 Изменение температуры.

7.2 Утеска жидкости

7.3 Утечка воды в барьер

7.4 Пожар и аварийный отход от причала.

7.5 Установка аварийного грузового насоса.

7.6 Операции с одним танком.

7.7 Аварийный выброс груза в море.

8.0 Список литературы

Часть 2.

1.0 Таблицы, диаграммы и рисунки к главам 1 – 7 61 - 101

Список литературы:

1.  С.П. Баскаков «Перевозка сжиженных газов морем», 2001

2.  IGC Code, IMO,1993

3.  Mc Guire & White «Liquefied Gas Handling Principles On Ships and In Terminals», 2000

4.  «Tanker Safety Guide Liquefied Gas», ICS, 1995

5.  Ian Harper «Future development options for LNG marine transportation», 2002

6.  Exmar «Cargo operational manual», 2002

7.  Manfred Kuver «Evaluation of propulsion options for LNG carriers», 2002

8.  Poten & Porturr «LNG in world market», 2004

Развитие морского транспорта для перевозки СПГ

Транспортировка морем СПГ всегда была только небольшой частью всей индустрии природного газа, которая требует больших вложений в разработку газовых месторождений, заводов по сжижению, грузовых терминалов и хранилищ. Как только первые суда для перевозки СПГ были построены, и показали себя достаточно надежно, то изменения в их конструкции и возникающие отсюда риски были нежелательны, как для покупателей, так и для продавцов, которые были основными лицами консорциумов.

Судостроители и судовладельцы также не проявляли особой активности. Количество верфей, строящих суда для перевозки СПГ невелико, хотя недавно Испания и Китай заявили о своих намерениях начать строительство.

Однако ситуация на рынке СПГ изменилась и продолжает изменяться очень быстро. Появилось много желающих попробовать себя в этом бизнесе.

В начале 1950-х развитие техники сделало возможным морскую транспортировку СПГ на большие расстояния. Первое судно для перевозки СПГ был перестроенный сухогруз «Marlin Hitch» типа «либерти», постройки 1945 года, в котором свободно стояли алюминиевые танки с внешней теплоизоляцией из бальсы. Оно было переименовано в «Methane Pioneer» и в 1959 году совершило свой первый рейс с 5000 м3 груза из США в Великобританию. Несмотря на то, что вода, проникшая в трюм, намочила бальсу, судно работало довольно долго, пока не стало использоваться как плавучее хранилище.

В 1969 году, первое специально построенное судно для перевозки СПГ было построено в Великобритании для рейсов из Алжира на Англию, и называлось оно «Methane Princess». Оно имело алюминиевые танки, паровую турбину, в котлах которой можно было утилизировать выкипевший метан. Размеры судов с тех пор изменились незначительно. В первые 10 лет коммерческой деятельности, они увеличились с 27500 м3 до 125000 м3 и к сегодняшнему дню до 145000 м3. Дальнейший рост грузовместимости до 216000 м3 намечается в наши дни. Первоначально, сжигаемый газ обходился судовладельцам бесплатно, так как из-за отсутствия УПСГ его надо было выбрасывать в атмосферу, а покупатель был одной из сторон консорциума. Доставить как можно больше СПГ, не было основной целью, как сегодня. Современные контракты, включают стоимость сожженного газа, и это ложится на плечи покупателя. По этой причине, использование газа как топлива или его сжижение стали основными причинами новых идей в судостроении.

В некоторых контрактах, продавец выставляет цену СПГ как CIF (цена, страховка, фрахт), в других как FOB (свободно на борту), покупатель платит за фрахт и поэтому заинтересован в его снижении, а значит в снижении объема его сжигания. Это, а также увеличение трампового рынка, приводит к конкуренции судов, а следовательно, к их конструктивному улучшению.

Конструкция грузовых танков

Первые суда для СПГ имели грузовые танки типа Conch, но они не получили широкого распространения. Всего было построено 6 судов с этой системой танков. Система базировалась на призматических самоподдерживающих танках, сделанных из алюминия с изоляцией из бальсы, которая в дальнейшем была заменена полиуретановой пеной. При строительстве судов большого размера, до 165000 м3 грузовые танки хотели сделать из никелевой стали, но эти разработки так и не воплотились в жизнь, так как были предложены боле дешевые проекты.

Первые мембранные танки были построены на двух судах в 1969 году по технологии Газ Транспорт и Техник Газ. Одно из ИНВАР стали толщиной 0.5 мм, а другое из рифленой нержавеющей стали толщиной 1.2 мм. Они использовали перлит как изоляционный материал для ИНВАР стали, и ПВХ блоки для нержавеющей стали. Дальнейшее развитие изменило конструкцию TG. Изоляцию заменили на бальсу и фанерные панели. Отсутствовала и вторая мембрана из нержавеющей стали. Роль второго барьера играл триплекс из алюминиевой фольги, покрытой стеклом с обеих сторон для прочности.

В 1994 году GT и TG слились в одну компанию GTT и обе системы стали использоваться при постройке с одинаковым успехом. Это GT № 96 и TG Марк III. Идет работа и над новыми системами GT 2000 и CS-1 (комбинированная система).

Сферические танки системы MOSS были взяты с судов перевозящих нефтяные газы и очень быстро завоевали популярность.

Последние построенные суда с танками MOSS снабжены УПСГ, а также значительно улучшилось качество изоляции. При общем количестве судов СПГ около 170, половина из них имеет танки системы MOSS. В Японии построили два метановоза с танками своей собственной системой SPB.

Почему, несмотря на видимые недостатки,- большой вес и малый объем, танки типа MOSS пользуются популярностью?

Причины здесь две. Первая, - это то, что они самоподдерживающиеся с дешевой изоляцией, а вторая, - они могут быть построены отдельно от судна.

Мембранные танки GTT строятся только после спуска судна на воду, очень дорогие и время их постройки довольно большое, около 1.5 года.

Недостаток сферического танка в том, что необходимо охлаждать большую массу алюминия, так как они на порядок тяжелее мембранных танков. MOSS предложил для избежания этого внутреннюю изоляцию из полиуретановой пены, но это так и осталось на бумаге. До конца 1990-х, конструкция MOSS была доминирующей в строительстве грузовых танков, но в последние годы, в связи с изменением цен, почти две трети танков заказанных судов, - это GTT конструкции, которые разделяются примерно поровну между GT и TG.

Основные задачи судостроения на сегодняшний день, - это увеличение грузовместимости при неизменных размерах корпуса, уменьшение стоимости изоляции, уменьшение времени постройки судов.

Главные двигатели судов СПГ

В основном суда, перевозящие СПГ, оборудованы паровыми турбинами. Однако анализ показывает, что есть весомые экономические и экологические причины в пользу отказа от паровой турбины. В течение последних 40 лет, самый легкий путь для обработки выкипевшего газа, было его сжигание в котлах паровой установки. Последние разработки показали, что его можно использовать как топливо непосредственно в дизелях, или сжижать и возвращать в танки, тем не менее, паровая турбина остается основным выбором.

Рисунок В1

Система обычно состоит из двух котлов, подающих пар на турбины высокого и низкого давления, которые вращают вал через редуктор.

Электричество производится двумя паровыми генераторами и одним дизельным генератором.

Ее достоинства, - это несложное обслуживание, практическое отсутствие расходов на смазку, и способность сжигать мазут и газ в любой пропорции.

Система подачи выкипа очень проста, она позволяет избавляться от избытков газа его сжиганием, а затем сбросом излишка пара на конденсатор. Основной недостаток, - это низкая эффективность, высокая стоимость топлива и высокая эмиссия СО2. Размеры МО очень большие. Последнее время ощущается недостаток квалифицированных кадров.

Сегодня большинство судов СПГ работают по фиксированным контрактам. И только в 2001 году трамповый рынок СПГ составил 5% и ожидается его дальнейшее увеличение.

Увеличение трампового рынка означает, что будущие конструкции судов для СПГ должны быть гибкими. Во Франции и Корее уже построены суда нового поколения. Их эксплуатация должна подтвердить надежность изменения концепции главного двигателя для судов перевозящих СПГ.

Существуют несколько вариантов такого изменения:

1.  Низкооборотный дизель с УПСГ

2.  Двух топливный дизель электрический движитель

3.  Газовая турбина

4.  Комбинированные системы движения.

Мы рассмотрим два первых варианта, как наиболее перспективные модели ГД.

Большинство судов сегодня двигаются при помощи одного дизеля, - испытанная и одобренная система. Основное достоинство, - это высокая эффективность, на 60% больше, чем у турбины. Небольшое помещение МО и сравнительно низкая начальная стоимость.

Это также низкая стоимость излишков, по сравнению с паровой турбиной.

В случае неисправности дизеля, установленный на его валу электромотор, работающий от дизель-генератора, сможет вращать винт, что позволит судну двигаться с безопасной скоростью. Это уже сделано на некоторых судах химовозах.

Другое достоинство, - это количество доставленного СПГ в порт выгрузки. Оно значительно увеличивается, так как прекращается его сжигание. Один из потенциальных недостатков, - увеличение NOx и SOx эмиссии, так как ГД работает на мазуте, однако количество СО2 снижается.

Рисунок В2.

Двух топливный дизель-электрический движитель, где дизеля могут использовать газ как топливо. Газ впрыскивается в воздушный приемник и к нему добавляется небольшое количество топлива в камере сгорания для воспламенения смеси газ/воздух. Здесь можно применить только MDO, полное переключение на которое, возможно в течение одного оборота дизеля. Система очень экологична. При использовании СПГ получается очень небольшое количество NOx и SOx и без твердых частиц продуктов сгорания.

Уменьшится и количество СО2, приблизительно на 100000 м3 в год по сравнению со стандартной паровой установкой.

Рисунок В2.

Четыре дизеля вращают генераторы, которые вырабатывают электроэнергию для главных электромоторов и других потребителей.

Это дает высокую гибкость при различных операций. Общая потребляемая мощность меньше, чем в других системах движителей из-за этой гибкости. Здесь отпадает необходимость системы ГД – Редуктор – Вал. Дизеля могут располагаться на более высокой палубе, что уменьшит размер МО.

Даже в случае неисправности 2-х дизелей, судно будет иметь возможность двигаться с 75% построечной скорости. На судне с грузовместимостью 145000м3, оно сможет взять на 5000м3 больше груза, чем с паровой турбиной. Недостаток этой системы, - более высокая начальная цена и потеря некоторой эффективности в процессе генерирования электроэнергии.

Рисунок В3.

На примере судна с грузовместимостью 145000 м3 произведем сравнение характеристик при различных системах движителя.

Рисунок В4 показывает разницу в грузовместимости, которая может быть достигнута при различных вариантах использования движителя. Скорость выкипа 0.15 % в сутки.

График В5 и таблицы В6 и В7 показывают количество необходимой энергии, начальной стоимости и эффективности различных систем.

Разница в потребляемой мощности не большая из-за различных потерь между винтом и машиной или турбиной. Так как дизель-электрический вариант производит электроэнергию, потеря эффективности больше, чем для механического вращения винта.

Таблица В6. Сравнение эффективности движителей

Таблица В7.

Сравнение первоначальной стоимости в млн. дол. США. (2002 г.)

Рисунок В8, показывает стоимость расходуемого топлива в процентном соотношении со «стандартным» судом, расходы которого принимаются за 100%.

На рисунках В9, В10, и В11 показаны сравнения экономических показателей «стандартного» судна с судами на разных направления , на которых используются различные типы двигателей.

Рисунок В9.

Рисунок В10.

Рисунок В11.

Рисунок В12, показывает пример возможностей УПСГ. Кривая показывает потребность в СПГ для дизель-электрического движителя при заданной скорости и скорости выкипа 0,15% в день, что составляет около 100 тонн в сутки для судна вместимостью 142000 м3.

Заштрихованная часть к верху от кривой, обозначает чрезмерное выпаривание. Если, для примера, судно работает со скоростью 18 узлов, тогда 25 тонн лишнего выкипа будет теряться каждый день, если на судне отсутствует УПСГ. Чем ниже скорость эксплуатации судна, тем выгоднее иметь на борту УПСГ. Это делает судно более гибким к выбору топлива в будущем, в случае резкого повышения цен на него.

Рисунок В12.

Анализ показывает, что есть веские причины для отказа от паровой турбины.

Дизель электрическое судно с УПСГ, возможно является наиболее обещающим решением для текущего и будущего судостроения судов для СПГ, особенно в уменьшении эмиссии NOx, SOx, CO2, гибкость в выборе топлива и развития перевозок СПГ

Похожие работы

Проблемы и перспективы производства и экспорта российского природного газа

Скачать

48060

1

0

... новых территорий, таких как рынки Северной Америки и Азиатско-Тихоокеанского региона. Впрочем, невероятные перспективы в них видятся не только из России. Наряду с Москвой увеличивают инвестиции в производство СПГ и в Дохе, Джакарте и Куала-Лумпу 3.         Процесс производства сжиженного природного газа Сжиженный природный газ не токсичен, химически не активен; удельная теплота сгорания ...

География мирохозяйственных связей нефти и газа

Скачать

58314

4

2

... моря непосредственно к побережью Норвегии? Ответ на него заключается в том, что у побережья этой страны проходит глубоководный (300— 400 и до 700 м) желоб, сильно затрудняющий транспортировку нефти и газа по дну моря. Однако норвежская государственная компания «Норск Гидро» разработала и осуществила проект «Стат-пайп», предусматривавший сооружение подводных трубопроводов через этот желоб. В 1988 ...

Международные перевозки

Скачать

146872

2

5

... 3. ДехтяреваО.И., ПолыннаяТ.Н., СаркисовС.В. Внешнезкономическая деятельность: Учеб. пособие. - М., 1999. 4. Кодекс торгового мореплавания. - М., 1996. 5. Логистика / Под ред. Б.А. Аникина - М., 1997. 6. Международньие перевозки грузов: нормативная база. - М., 1996. 7. Неруш Ю.М. Коммерческая логистика. - М., 1997. 8. Новиков Д.С. Транспорт в международных зкономических отношениях. - М., 1984 ...

Правовое регулирование договорных отношений по поставкам газа

Скачать

199223

3

2

... его инфраструктуры, а также выполнения международных обязательств по поставкам газа.   1.3 Роль договора в регулировании отношений по поставкам газа Определяя газоснабжение одной из форм энергоснабжения, законодатель ставит перед юристами-практиками трудноразрешимую задачу об определении правовой природы соответствующего договора, поскольку далее указывает, что газоснабжение представляет ...