Перевозка природного газа морем (стр. 3 из 16)
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
1. Коды и Правила
Существуют три различных кода для газовозов:
Код для существующих судов перевозящих сжиженный газ наливом (построенных до 31 декабря 1976)
Код для постройки и оборудования судов перевозящих сжиженный газ наливом (суда построенных после 31 декабря 1976, но до 1 июля 1986)
Международный код постройки и оборудования судов, перевозящих сжиженный газ наливом (суда построенные после 1 июля 1986)
Оригинальный IGCMSC.5(48) был изменен MSC.30(61), который действует с 1 октября 1994, и MSC.32(63) + MSC.59(67), оба действуют для судов построенных после 1 июля 1998.
CertificateofFitness (COF) – сертификат годности к перевозке сжиженных газов наливом, - его наличие на борту обязательно для газовозов, а проформа приведена в приложении к IGC Коду.
Сжиженный газ, - это жидкая форма вещества, которое при обычной температуре (окружающей среды) и атмосферном давлении находится в газообразном состоянии.
IMOIGCГл.3
Жидкость с давлением паров, превышающем 2,8 бар абс. (40 psi), при температуре 37.8 (100 F), называется сжиженным газом (для транспортировки).
Точка кипения может быть настолько низка, что вещество трудно перевозить методом, отличным от перевозки сжиженных газов
Давление паров, опасность для человека и огнеопасность, - определяющие факторы
В IGCГл.19, приведен список веществ, обозначенных как сжиженные газы при транспортировке морем.
Некоторые из них указываются как в IGC, так и в BCH и IBC кодах.
| Сжиженный газ | Давление паров ( бар абсолютное) приТ= 37.8 С | Точка кипения при атмосферном давлении (С) |
| Метан | Газ (-82.5/44.7) | - 161.5 |
| Пропан | 12.9 | - 42.3 |
| Бутан (Н) | 3.6 | - 0.5 |
| Аммиак | 14.7 | - 33.4 |
| Винилхлорид | 5.7 | - 13.8 |
| Бутадиен | 4.0 | - 5.0 |
| Этилен оксид | 2.7 | + 10.7 |
USCG внес некоторые изменения в определение понятия сжиженный газ, изменив давление 2.8 бар на 1.76 бар. Это изменение не было одобрено ММО, хотя и не встретило особых возражений.
Некоторые правила вообще не внесены в МГК, так, например замещение воздуха в воздушном шлюзе (3.6.1), хотя оно и предполагается как 12 объемов в час.
Также предполагается, что межбарьерное пространство должно быть снабжено осушительной системой для откатки соответствующей жидкости в случае утечки или повреждения танка. Такое оборудование должно возвращать откатанный груз в танк.
Глава 4 МГК включает положение для оценки изоляции и противостояния стали корпуса, в целях расчета конструкции, подразумевая, что грузовой танк и вторичный барьер, если установлен, соответствуют расчетной температуре груза и расчетным температурам окружающего воздуха и воды???
В общем, для всего мира:
Воздух +5С (+41 Ф)
Вода 0С (+32 Ф)
Глава 4 также дает возможность администрации устанавливать более высокие или низкие температуры окружающей среды:
Для всего мира, исключая Аляску:
Воздух (5 узлов) - 18С (+/-0 Ф)
Вода (спокойная) 0С (+32Ф)
Для Аляски Воздух (5 узлов) - 29С (-20Ф)
Вода (спокойная) -2С (+28Ф)
Код требует, чтобы грузовая система судна перевозящего сжиженный газ, была способна выдерживать полное давление паров груза или иметь средства поддерживать давление в танках ниже безопасного установочного давления. Для судов метановозов эта система должна выполнять эту функцию не менее 21 дня. Есть несколько способов работы такой системы,- сжижение пара, сжигание в котле или каталитическом подогревателе, использование пара как топливо, комбинация этих методов. Использование испарившегося газа для метановозов ограничено. Использование нефтяных газов как топлива запрещено, так как они тяжелее воздуха.
2. Свойства СПГ
2.1 Физические свойства и состав СПГ
Природный газ, это смесь углеводородов, которая после сжижения образует чистую без цвета и запаха жидкость. Такой СПГ обычно транспортируется и хранится при температуре близкой к точке его кипения при атмосферном давлении, - приблизительно -160С.
В реальности состав СПГ различен и зависит от источника его происхождения и процесса сжижения, но основной компонент это конечно метан. Другими составляющими могут быть, - этан, пропан, бутан, пентан и возможно небольшой процент азота.
Типичный состав СПГ указан в таблице 2.1а, а физические свойства составляющих в таблице 2.1б. Для инженерных расчетов, конечно, берутся физические свойства метана, но для передачи, когда требуется точный подсчет тепловой ценности и плотности, - учитывается реальный композитный состав СПГ.
Таблица 2.1а. Физические свойства СПГ
| МетанCH4 | ЭтанC2H6 | ПропанC3H8 | БутанC4H10 | ПентанC5H12 | АзотN2 | ||
| Мол.Вес | 16.042 | 30.068 | 44..094 | 58.120 | 72.150 | 28.016 | |
| Тем.Кип.1 атм.абс | С | -161.5 | -88.6 | -42.5 | -5 | 36.1 | -196 |
| ПлотностьТем.кип. | кг/м3 | 426.0 | 544.1 | 580.7 | 601.8 | 610.2 | 808.6 |
| Уд.Вес пара 15С и 1 атм.аб. | кг/м3 | 0.554 | 1.046 | 1.540 | 2.07 | 2.49 | 0.97 |
| Отношен.Об.газа кОб.жид. при ТК и 1 атм.абс. | 619 | 413 | 311 | 311 | 205 | 695 | |
| Пределы восплам.в воздухе | % | 5.3 - 14 | 3 -12.5 | 2.1 – 9.5 | 2 -9.5 | 3 -12.4 | Не горит |
| Тем.само-восплам. | С | 595 | 510 | 510/583 | 510/583 | ||
| Макс.удел.Энергия 15С н/из | кдж/кг | 55.559 | 51.916 | 50.367 | 49.53049.404 | 49.06948.944 | |
| ТеплотаИспар. При Тем.кипен. | кдж/кг | 510.4 | 489.9 | 426.2 | 385.2 | 357.6 | 199.3 |
Таблица 2.1б. Составляющие СПГ.
| Ras-Laffan | Das Islands | Standard | ||
| Метан | CH4 | 90.28% | 84.5% | 89.63% |
| Этан | C2H6 | 6.33% | 12.9% | 6.32 |
| Пропан | C3H8 | 2.49% | 1.5% | 2.16 |
| Бутан | C4H10 | 0.49% | 0.5% | 1.2 |
| Изо-бутан | C4H10 | 0.00% | 0.00% | 0.00 |
| Пентан | C5H12 | 0.02% | 0.00% | 0.00 |
| Изо-пентан | C5H12 | 0.00% | 0.00% | 0.00 |
| Азот | N2 | 0.41% | 0.6% | 0.69 |
| Сред.Мол.Вес | 17.88 | 18.56 | 18.12 | |
| Тем.Кип.атм.дав. | -160.8С | -161.0С | -160.9С | |
| Плотность кг/м3 | 461.8 | 456.8 | 459.4 | |
| Макс.Удел.Энерг.кдж/кг | 54.414 | 54.031 | 54.090 |
Во время морского перехода, тепло передается СПГ через изоляцию танка, вызывая испарение части груза, так называемое выкипание. Состав СПГ изменяется за счет выкипания, так как более легкие компоненты, имеющие низкую температуру кипения, испаряются первыми. Поэтому, выгружаемый СПГ имеет большую плотность, чем тот, который грузился, ниже процент содержания метана и азота, но выше процент содержания этана, пропана, бутана и пентана.
Предел воспламеняемости метана в воздухе (21% О2) приблизительно от 5.3 до 14% по объему. Для уменьшения этого предела, перед началом погрузки воздух удаляется из танков при помощи азота до содержания кислорода 2%. В теории, врыв не произойдет, если содержание кислорода в смеси ниже 13% по отношению к процентному содержанию метана. Для безопасности, на практике, инертизация продолжается пока содержание кислорода не будет ниже 2%. Причина этого будет объяснена позже.
Выкипевший пар СПГ легче, чем воздух при температуре -110С, или выше,- зависит от состава СПГ. В связи с этим, пар будет стремиться уйти вверх над мачтой и быстро рассеиваться. Когда холодный пар смешан с окружающим воздухом, смесь пар/воздух будет хорошо видна как белое облако из-за конденсации влаги в воздухе. Обычно принято считать, что предел воспламеняемости смеси пар/воздух не распространяется слишком далеко за пределы этого белого облака.
Температура самовоспламенения метана, то есть минимальная температура нагрева газа, при которой он самовоспламеняется без постороннего источника открытого огня, - 595С.
Критическая температура метана – 82.5С, а критическое давление 43 бар абс.
Температура кипения метана увеличивается при увеличении давления, и это изменение показано на диаграмме для чистого метана. Это давление конечно выше, чем при перевозке метана на судне. Присутствие тяжелых компонентов в СПГ увеличивает температуру кипения для заданного давления. Отношение между температурой кипения и давлением СПГ будет приблизительно следовать параллельно линии чистого метана.
Плотность паров метана значительно меняется в зависимости от температуры, и при температуре около -100С она равна плотности воздуха (при плотности воздуха 1.27 кг/м3 при 15С).