- •Перевозка сжиженных газов морем
- •Оглавление
- •Основы химии газов строение атома. Периодическая таблица элементов
- •Масса атома
- •Закон авогадро
- •Классификация углеводородов
- •Основные химические свойства углеводородов полимеризация
- •Полимер
- •- (СнсНз-сн2)n –
- •Катализаторы
- •Ингибиторы
- •Пахучие вещества
- •Реакция углеводородов с водой - образование гидратов (slush)
- •Химическая совместимость газов
- •Неорганические газы
- •Транспортные характеристики газов общие положения
- •Основные группы газов, перевозимых морем
- •Химические грузы
- •Основные физические свойства газов
- •Воздействие низких температур (brittle fracture)
- •Переворачивание груза (rollover)
- •Статическое электричество
- •Основные опасности на танкерах и газовозах статическое электричество на танкерах и газовозах
- •IBce переносное оборудование, которое используется при работе в танках, должно быть надежно заземлено перед тем, как опускать его в танк или использовать в опасных зонах.
- •Способы уменьшения возникновения статических зарядов
- •Пожароопасность
- •Воспламеняемость
- •Классификация опасных грузов
- •Токсичность сжиженных газов и сопутствующих веществ
- •Предельно допустимая концентрация
- •Классификация токсинов
- •Пути проникновения токсинов в организм
- •Побочные опасности
- •Приборы контроля атмосферы танков типы приборов контроля атмосферы
- •Приборы для измерения взрывоопасных концентраций газов
- •Эксплозиметры
- •Интерферометр
- •Анализаторы содержания кислорода
- •Приборы и устройства для измерения концентрации токсичных газов
- •Перевод концентраций, выраженных в мг/м3, в ррм осуществляется следующим образом:
- •Молярная масса (г)
- •Перевод объемных концентраций, выраженных в ррм, в весовые осуществляется следующим образом:
- •Молярный объем (24,1 л)
- •Приборы для измерения точки росы
- •Состав сухого воздуха, %
- •Типы газовозов типы и группы газовозов
- •Газовозы напорного типа
- •Газовозы полунапорного типа
- •Газовозы-химовозы
- •Суда рефрижераторного типа
- •Суда для перевозки природного газа - метановозы
- •Конструктивные особенности газовозов
- •Защита грузовых емкостей от повреждений
- •Материал, используемый для изготовления танков
- •Изоляция грузовых танков
- •Основные системы газовозов
- •Специальные системы газовозов
- •Оборудование. Инструменты
- •Основы термодинамики сжиженных газов идеальный газ
- •Основы термодинамики
- •Расчет температуры смеси жидкой фазы груза
- •Взаимные превращения жидкостей и газов
- •Работа при изменении объема газа
- •Энтропия
- •Теплопроводность
- •Расчет изоляции грузовых танков
- •Диаграмма молье
- •Установки повторного сжижения газов принципы искусственного охлаждения
- •Циклы упсг
- •Каскадная упсг
- •Насосы грузовых систем газовозов основные понятия и определения
- •Математические основы расчета рабочих параметров насосов
- •Типы насосов грузовых систем газовозов
- •Напорные характеристики насосов
- •Напорные характеристики трубопроводов
- •Работа центробежных насосов в составе трубопроводов
- •Особенности действия грузовых насосов
- •Меры предосторожности при эксплуатации грузовых систем
- •Меры безопасности на газовозах общие принципы обеспечения безопасности на газовозах
- •Конструктивное обеспечение пожарной безопасности
- •1. Оборудование конструктивно безопасного типа исключает искрообразование в процессе его нормальной эксплуатация и питается от сетей пониженного напряжения.
- •Оборудование газовоза активными средствами пожаротушения
- •Системы обнаружения пожаров
- •Переносные средства пожаротушения
- •Дыхательные аппараты
- •Организационные мероприятия по обеспечению пожаробезопасности
- •Меры безопасности при выполнении судовых работ
- •Разрешение на выполнение «горячих» работ
- •Раздел 1.
- •Раздел 2.
- •Раздел 3.
- •Комментарии к «Разрешению на выполнение горячих работ»
- •Раздел 1.
- •Раздел 2.
- •Разрешение на выполнение холодных работ
- •Раздел 2.
- •Раздел 3.
- •Комментарии к «Разрешению на выполнение холодных работ»
- •Меры безопасности при выполнении судовых работ
- •Раздел 1.
- •Раздел 2.
- •Раздел 3.
- •Раздел 4. Записи о вошедших (подлежит заполнению лицом, контролирующим вход)
- •Раздел 5. Завершение работы (подлежит заполнению лицом, контролирующим вход)
- •Грузовые операции основные этапы обработки груза на борту судна
- •Расчет времени на погрузку
- •Выгрузка
- •Специальные правила
- •Замеры и подсчет груза. Грузовая документация общие положения
- •Особенности подсчета груза на газовозах
- •Плотность груза
- •Стандартные способы подсчета груза
- •Общие правила определения веса груза
- •Расчет газовой фазы груза
- •Перевод процентных соотношений смесей в весовые или объёмные соотношения, и наоборот
- •Подсчет линейной скорости потока жидкости
- •Грузовая документация
- •Методы замены атмосферы танка
- •Метод разбавления атмосферы (dilution method)
- •II Повторный запуск всего оборудования — дело долгое и хлопотное.
- •Организация процесса замены атмосферы танков
- •Смена груза и условия предъявления судна под погрузку
- •Мойка танков
- •Заключительная обработка поверхности танка
- •Аварийные мероприятия на газовозах аварийное планирование
- •Организация борьбы с пожарами
- •Инциденты с грузом
- •Операции с грузом
- •Подвижка судна у причала
- •Посадка на мель
- •Касание грунта
- •Столкновение
- •Аварийная перекачка груза с судна на судно
- •Подготовка экипажа к оставлению судна
- •Словарь терминов общепринятые сокращения
- •Приложения
- •Спецификации сюрвейерской компании sgs на некоторые сжиженные химические газы (можно использовать только как справочные данные)
- •Сжиженные и химические газы, включенные в igc кодекс
Каскадная упсг
В каскадной УПСГ (рис. 78) пары этилена, находящегося в танке Т при температуре -102° С, проходят через газовый теплообменник ГТО, в котором подогреваются горячими парами второй ступени компрессора до температуры -50° С. Подобный предварительный нагрев всасываемых паров снижает температурные напряжения, действующие на компрессор. Сжатые в первой ступени компрессора пары с давлением 6,5 бара
и температурой нагнетания 70° С направляются в промежуточный охладитель ПО, где, проходя через
Рис. 78. Принципиальная схема каскадной УСПГ
слой кипящего этилена при промежуточном давлении 6,5 бара, охлаждаются до 30°С. Охлажденные пары подаются на вторую ступень компрессора и сжимаются до давления конденсации 13 бар при температуре нагнетания 140° С, после чего пары направляются в газовый теплообменник ГТО, в котором опять охлаждаются до температуры 90° С. Дальнейшее снижение температуры паров осуществляется забортной водой в водяном теплообменнике ВТО.
В испарителе-конденсаторе ИКД, охлаждаемом кипящим хладагентом R22 при температуре -49° С, происходят окончательное снижение температуры паров этилена до температуры конденсации —43° С и непосредственно сама конденсация паров.
Поток жидкого этилена перед промежуточным охладителем делится на две части: меньшая часть, дросселируясь в PB1 до промежуточного давления 6,5 бара, поддерживает уровень жидкого этилена в ПО при температуре -64° С. Основной поток жидкого конденсата этилена, проходя внутри змеевика ПО, переохлаждается до температуры -55° С и дросселируется в регулирующем вентиле РВ2 до давления 1,12 бара. Образовавшаяся парожидкостная смесь возвращается в грузовой танк при температуре —102° С.
Ветвь R22 каскадной установки обеспечивает передачу теплоты, взятой в конденсаторе-испарителе И-КД, непосредственно забортной воде. Образовавшиеся на выходе И-КД холодные пары хладагента с температурой —30° С и давлением 0,7 бара сжимаются на первой ступени компрессора до промежуточного
давления 4 бара. С температурой 70° С горячие пары барботируются сквозь слой кипящего хладона и охлаждаются до температуры 3° С. Охлажденные пары хладона сжимаются на второй ступени компрессора до давления конденсации 10 бар с температурой нагнетания 75° С и направляются в конденсатор КД,
прокачиваемый забортной водой. Образовавшийся конденсат с температурой 22°С получает сильное переохлаждение (до 10° С) в промежуточном охладителе ПО, после чего, дросселируясь через регулирующий вентиль РВ4 до давления 0,7 бара, поступает в испаритель-конденсатор. При таком давлении R22 кипит при температуре —49° С, отводя теплоту от паров этилена. Через регулирующий вентиль РВ3 происходит подпитка хладоном промежуточного охладителя ПО до заданного уровня.
Пример 7. По данным, приведенным в предыдущем разделе, построим цикл каскадной УПСГ. На диаграмме Молье для этилена (рис. 79) нанесем барометрические границы для нижней ветви каскада (ветвь этилена):
p0 = 1,12 бара => t0 = -102° С;
pk = 13,0 барa => tk = -50° С
pп = 6,50 бара => tп = -64° С
Для этого возьмем данные из термодинамических таблиц для этилена (см. Прилож. I):
Точка 2, характеризующая состояние паров на всасывании первой ступени компрессора, находится напересечении изобары p0 и изотермы, соответствующей температуре всасывания tвс1 = —50° С. Точки 3 и 4 пересечения промежуточного давления pп = 6,5 бара и изотерм tн1 = 70° С характеризуют нагнетание первой ступени компрессора, а изотермы tвс2= 30° С — второй ступени компрессора. Пересечение изобары конденсации pk = 13 бар с изотермой tн2 = 140° С (температура нагнетания второй ступени) дает точку 5 состоянияпаров на выходе из второй ступени компрессора. Точка 6 характеризует состояние паров на выходе из газового теплообменника ГТО (пересечение pk = 13 бар и tгто = 90° С). Точка 7 характеризует состояние паров после прохождения водяного теплообменника ВТО (пересечение pk =13 бар и tвто= 40° С). И, наконец, точка 10 характеризует состояние паров этилена на выходе из промежуточного охладителя (при давлении pk = 13 бар и температуре tkпо= -55° С).
Вертикаль 9—11 отображает процесс дросселирования на регулировочном вентиле РВ1 а вертикаль 10—12— дросселирование конденсата в РВ2 перед сбросом в танк, когда температура парожидко-стной смеси достигает -102° С.
Точно так же на диаграмме Молье строится цикл для верхней ветви установки R22. Температурный напор в 6° С, создаваемый в И-КД, позволяет передавать теплоту от этиленовой ветви установки к хладоновой ветви. Перепады давления на всех ступенях компрессоров находятся в допустимых пределах. Таким образом, рассмотренная нами каскадная УПСГ может обеспечить транспортировку этилена при любых температурных режимах.
Рис. 79. Цикл каскадной
УПСГ
На небольших терминалах обычно нет возможности получать пары груза с судна во время погрузки. Если температура груза в береговой емкости выше температуры, соответствующей максимальному установочному давлению предохранительных клапанов на грузовых танках, то груз необходимо охлаждать до необходимой температуры в процессе погрузки, используя судовую УПГС. При определении скорости погрузки кроме типа груза необходимо учитывать следующие параметры:
• температуру груза на судовых манифолдах;
• температуру танка перед погрузкой;
• давление в танке во время погрузки;
• производительность компрессорной установки;
• температуру окружающей среды (воздуха, воды).
Тепловой баланс грузового танка во время погрузки распределится следующим образом:
• на охлаждение материала танка;
• на охлаждение изоляции танка;
• на охлаждение груза и атмосферы танка;
• приток тепла от окружающей атмосферы и забортной воды.
Тепловой баланс не должен превышать суммарную холодопронзводительность установки повторного сжижения газа.
Время, которое потребуется на погрузку Тп, можно рассчитать как
Тп = Qт + Qi + QL + QA,
Q’net + Q’TR
где QT — количество теплоты, которое необходимо удалить из материала танка; Qi — количество теплоты, которое необходимо удалить из изоляции танка; QL — количество теплоты, которое необходимо удалить из груза; QA — количество теплоты, которое необходимо удалить из атмосферы танка; Q’TR — количество теплоты, проникающей в танк извне в единицу времени; Q’net — суммарная холодопроизводительность компрессорной установки; штрих означает величину в единицу времени (скорость).
Далее запишем
QT = mT • cT • (t1 – t2)
Qi = mi • ci • (t1 – t2)
QA = VT • ρA • ∆hA
где mT — масса танка; mL — количество груза к погрузке; cT — удельная теплоемкость материала танка; mi — вес изоляции танка; ci — удельная теплоемкость изоляции танка; VT — объем танка; ∆hA — разность энтальпии груза, поступающего на судовой манифолд, и груза в танке после погрузки; ρA — плотность паров груза в начале погрузки; ∆hL — разность энтальпии между атмосферой танка перед началом погрузки и жидким грузом в конце погрузки; t1 — температура поверхности танка перед погрузкой; t2 — температура поверхности танка после окончания погрузки.
Количество теплоты, которое нужно удалить из материала танка QT, находим умножением массы танка на удельную теплоемкость материала, из которого он изготовлен, и на разность температур поверхности танка до и после погрузки.
Количество теплоты, которое необходимо удалить из изоляции танка Qi определяют как произведение массы изоляции танка на ее удельную теплоемкость и на разность температур изоляции до и после погрузки. Окончательный результат нужно умножить на 0,5, поскольку часть изоляции в конце погрузки будет иметь температуру груза (внутренняя часть), а часть — температуру окружающей среды (внешняя часть изоляции).
Количество теплоты, которое необходимо удалить из груза, поступающего в танк, QL определим как произведение массы фуза в танке на разность энтальпии до и после погрузки:
QL = mL • ∆hA
Количество теплоты, которое нужно удалить из атмосферы танка в процессе погрузки, можно определить, если нанести все известные параметры на упрощенную диаграмму Молье. Полагаем, что атмосфера танка перед началом погрузки содержит пары пропана при температуре 15° С и давлении 0,1 бара.
После погрузки и охлаждения груза до -23° С давление паров в танке будет соответствовать 1,19 бара.
Рис. 80. К
определению Q.
∆h = (940 - 469,2) = 470,8 кДж/кг.
Плотность паров пропана можно определить по таблице «Зависимость плотности перегретого пара пропана от давления и температуры». Она составит 1,95 кг/м3. Объем танка известен (1000 м3), так что можно определить количество теплоты, которую необходимо удалить из атмосферы танка в процессе Погрузки. Количество теплоты, поступающей в танк, Q’TR можно определить по специальным кривым (данная информация включается в построечные чертежи судна заводом-изготовителем), а затем результат умножить на 0,5, что даст среднее количество теплоты, поступающее в танк, в зависимости от температуры окружающей среды.
Величины на графике (см. Приложение 1) выражены в кВт (напомним, что 1Вт = 1 Дж/с). Как рассчитать суммарную охлаждающую способность судовой компрессорной установки, мы рассматривали ранее:
Q’net = Vs • ρs • ∆h ,
где Vs — объем всасывания компрессора; ρs — плотность паров груза; ∆h — разность энтальпии.
Пример 8. Атмосфера в танке перед началом погрузки состоит на 100% из паров пропана. Груз — пропан. Береговой газоотвод отсутствует.
Объем грузовых танков (6 танков)................................ 5200 м3
Количество груза к погрузке .........................................2707 Мт
Температура забортной воды .......................................... 11° С
Давление в танке перед погрузкой ............................. 0,1 бара
Температура танков перед погрузкой............................... 18° С
Температура груза на манифолде ................................... 10° С
Температура танка во время погрузки ............................. -4° С
Вес материала грузовых танков..................................... 740 Мт
Удельная теплоемкость стали............................. 0,419 кДж/кгК
Суммарный вес изоляции танков .................................. 14,4 Мт
Удельная теплоемкость изоляции ..........................0,84 кДж/кгК
Компрессорная установка: ...................................... 3 одинаковых одноступенчатых компрессора
Давление всасывания на компрессорах .................... 3,15 бара
Давление нагнетания компрессоров............................. 7,6 бара
Температура всасывания .....................................................2° С
Температура нагнетания ....................................................58° С
Скорость всасывания каждого компрессора ............... 410 м³/ч
Атмосферное давление........................................... 1000 млбар
1. Рассчитать количество теплоты, которое необходимо удалить из материала танка.
2. Рассчитать количество теплоты, которое необходимо удалить из изоляции танков.
3. Рассчитать количество теплоты, которое необходимо удалить из атмосферы танка.
4. Найти с помощью кривых «Приложения 1» количество теплоты, поступающее в танк из внешней среды.
5. Рассчитать суммарную холодопроизводительность компрессорной установки.
6. Рассчитать полное время, необходимое на погрузку, если во время погрузки используются все три компрессора.
Решение:
1. QT = mT • cT • (t1 – t2) = 740 • 103 • 0,419 • (291 - 269) = 6,82 • 106 кДж.
2. Qi = mi • ci •(t1 – t2) • 0,5 = 14,4 . 103 • 0,840 • (291 - 269) • 0,5 = 0,13 • 106 кДж.
3. QL = m • ∆h = 2,707 . 106 • (549,3 - 514,0) = 95,56 • 106 кДж.
4. QA = VT • ρA • ∆hA = 5,200 • 1,95 • (945 - 514) = 4,37 • 106 кДж.
5. QTR = 19 kW. 0,5 = 9,5 = 9,5 • 3600 = 0,034 • 106 кДж/ч.
6. Q’net = VS • ρS • ∆h = 410 • 8,8 • (894,2 - 578,3) = 1,14 • 106кДж/ч,
Общее время, необходимое на погрузку
tп = QT + Qi + QL + QA = (6,82 + 0,13 + 95.56 + 4,37) • 106 кДж = 31,6 ч
Q’net - QTR (3 • 1,14 - 0,034) • 106кДж/ч