Замеры и подсчет груза. Грузовая документация общие положения

Необходимая точность замеров давления, температуры груза и его уровня в танке определяются техническими возможностями измерительной аппаратуры, условиями чартера, требованиями грузоотправителя и грузополучателя. Каждая крупная компания имеет свои собственные формы подсчетов количества груза на борту, однако точность и аккуратность при их выполнении обязательны. Многие грузовые помощники имеют свои собственные секреты в мини­мизации времени, затрачиваемого на выполнение таких подсчетов. В настоящее время большинство судов оборудо­ваны компьютерными системами и программами для подсчета количества груза на борту.

Рассмотрим наиболее общие методы определения количества груза на борту судна.

Предел заполнения танка. Как правило, максимальный уровень заполнения танка жидкостью не должен превышать 98% общего объема танка, если груз принимается при температуре, соответствующей минимальному давлению сраба­тывания предохранительных клапанов.

Максимальный предел заполнения танка — объем жидкой фазы груза в танке, зависящий от температуры, плотности жидкости, установочного давления предохранительных клапанов и типа груза.

Для грузового помощника, работающего на судах, перевозящих грузы на судах полунапорного типа, важно по­нять, что при нижнем установочном давлении предохранительного клапана можно принять в танк наибольшее количество груза.

ИМО определяет минимальное установочное давление предохранительных клапанов на газовозах полунапорного типа не более чем 0,35 бара.

| Запрещается изменять установочное давление срабатывания предохранительного клапана R после окончания погрузки.

Однако слишком низкое установочное давление срабатывания предохранительного клапана также нецелесообраз­но, поскольку время погрузки при этом увеличивается — теплые грузы надо охлаждать до температуры, соответствую­щей установочному давлению.

После определения необходимого установочного давления уже не имеет значения, теплый или холодный груз принимается на борт, главное, чтобы его давление насыщения находилось ниже MARVS. В любом случае, количе­ство фуза (масса) будет одинаковым, если танк заполняется до максимально разрешенного предела.

Максимально разрешенный предел заполнения танка (Filling Limit) определяется соотношением

FL = dм . 98%,

dс

где FL — предел заполнения танка; dм — плотность груза, соответствующая давлению и температуре установки предо­хранительного клапана (MARVS); dс — плотность груза, соответствующая давлению и температуре груза в танке на момент окончания погрузки.

| Предел заполнения танка жидкостью всегда меньше или равен 98%.

Насколько он будет меньше 98%, зависит от фактической температуры груза. Допустим, установочное давление предохранительного клапана на танке 4 бара. Это означает, что предел заполнения танка пропаном при температуре -10°С будет 95,18%, а давление в танке составит 2,44 бара.

Для примера рассчитаем по формуле пределы заполнения танка пропаном с использованием его термодинамичес­ких характеристик.

Таблица 23. Примерная форма для расчета пределов заполнения танка

Температура груза, °С	Давление паров, бары	Давление в танке, бары	Плотность груза, кг/м^3	Предел заполнения танка при 0,3 бара, %	Предел заполнения танка при 4 барах,%
-42,09	1,013	0,00	580,93	96,81	88,77
-40,0	1,110	0,10	578,50	97,21	89,14
-36,04	1,313	0,30	573,86	98,00	89,86
-30,0	1,677	0,66	566,68		91,00
-25	2,034	1,02	560,63		91,98
-20	2,445	1,43	554,48		93,00
-10	3,455	2,44	541,82		95,18
0	4,750	3,74	528,62		97,55
+1,77	5,013	4,00	526,21		98,00

Допустим, по окончании погрузки возникла проблема с системой сжижения газа. Из окружающей среды теплота продолжает поступать в танк, повышая температуру груза и соответственно давление в танке. Когда температура груза повысится до —10°С, объем жидкости в танке увеличится до 95,18%, а при 0°С объем груза в танке увеличится до 97,55%.

При увеличении температуры груза до 1,77°С объем жидкости увеличится до максимально допустимого значения 98%, а давление в танке достигнет установочного давления срабатывания предохранительного клапана (4 бара). Пре­дохранительный клапан откроется, и произойдет стравливание избыточного давления из танка на вентиляционную колонну. При этом давление в танке будет сохраняться неизменным, следовательно, температура груза не изменится и составит 1,77°С даже без использования системы сжижения газа.

Первая причина, по которой не допускается заполнение танка более чем на 98%, заключается в том, что необхо­димо иметь достаточный объем газовой фазы в танке для обеспечения работы компрессорной установки и создания минимального давления всасывания на компрессорах. Если давление в танке будет низким, то компрессор «захлоп­нется» и прекратит работу. Дальнейшее повышение температуры груза приведет к увеличению объема жидкой фазы груза в танке, что еще более усложнит пуск компрессора. Одновременно увеличение объема жидкости может привести к заполнению ею вентиляционной системы танка и попаданию груза на палубу.

Вторая причина заключается в том, что если поверхность жидкости находится слишком близко ко всасывающему трубопроводу компрессора, существует вероятность ее попадания в систему компрессора, что, в свою очередь, приве­дет к гидравлическому удару и выходу компрессора из строя.

Многие классификационные сообщества, такие как DNV, USCG, GL и др., устанавливают предел заполнения танка в 98%, если только соотношение давление/температура в нем соответствует установочному давлению предохра­нительного клапана. Исключение составляет только транспортировка LNG в сферических танках, где предел заполне­ния танка обычно чуть больше 99%, поскольку на судах этого типа отсутствует установка повторного сжижения и образующийся выпар газа используется для питания судовой силовой установки. Обычно на судах имеются таблицы или графики с рассчитанными пределами заполнения танков для различных грузов при различных температурах груза и пределах установочного давления предохранительных клапанов.

Определение уровня груза в танке. Существующие мерительные устройства, установленные в грузовых танках для определения уровня груза, позволяют определить или расстояние между верхней точкой танка и поверхностью жидко­сти, т. е. пустое пространство танка (используется термин «Пустота», или в английской терминологии «Ullage»),

либо расстояние от днища танка до поверхности жидкости, т. е. глубина (используется термин «Взлив», или «Sounding»). Определять уровень груза в грузовых танках следует самым тщательным образом с учетом всех факторов, влияющих на показания мерительных устройств.

Наиболее популярны на газовозах устройства поплавкового типа. Поскольку эти мерительные устройства очень редко располагаются в центре танка, в большинстве случаев, для того чтобы определить действительный уровень груза в танке, необходимо учитывать поправки, возникающие вследствие крена и дифферента судна (рис.123 и 124). Чем дальше от центра танка будет расположен поплавок, тем значительнее будет поправка к уровню.

Кроме поправок к уровню на крен и дифферент (Trim Correction & List Correction), при использовании поплавковых мерительных устройств необходимо помнить о некоторых особенностях как самого мерительного устройства, так и груза.

Рис. 123. Влияние дифферента на показания Рис. 124. Влияние крена на показания

поплавкового мерительного устройства поплавкового мерительного устройства

Таблица 24. Поправки уровня груза в зависимости от его плотности

Диапазон плотностей, кг/л	Поправка к уровню, MM
0,4743—0,5020	-9
0,5021-0,5332	-8
0,5333—0,5686	-7
0,5687—0,6090	-6
0,6091—0.6556	-5
0,6557—0,7100	-4
0,7101—0,7741	-3
0,7742—0,8510	-2
0,8511—0,9448	-1
0,9449—1,0000	0

Во-первых, поплавок изготавливают из нержавеющей стали, следовательно, он обладает некоторым весом. В зависимости от плотности груза будет меняться и плавучесть поплавка, т. е. степень его погруженности. Обычно мерительное устройство поплавкового типа калибруется на определенную плотность груза (0,6 кг/л или 1,0 кг/л). Поправки к уровню на плотность груза (Buoyancy Correction или Float Correction) приводятся в табличной (см. таб. 24) или в графической форме (см. Приложение).

Как видно из табл. 40, мерительное устройство откалибровано на пресную воду (при плотности груза 1 кг/л поправка к уровню равна 0). Однако в некоторых случаях мерительное устройство калибруется по гексану (плотность 0,6 кг/л), и тогда нулевая поправка к уровню будет соответствовать плотности груза 0,6 кг/л, а поправки к уровню будут иметь как положительное значение (для грузов с плотностью выше 0,6 кг/л), так и отрицательное — для грузов с меньшей плотностью.

Во-вторых, материалы, из которых изготовлены танк и мерительная лента, имеют свойство сжиматься под воз­действием низких температур. Поэтому возникает необходимость использования дополнительных поправок к уровню на сжатие мерительной ленты (Таре Shrinkage Correction) и на вертикальное сжатие танка (Correction for Tank Vertical Shrinkage). Такого вида поправки также приводятся или в графической или в табличной форме (табл. 25).

Таблица. 25. Примерный вид таблицы поправок на сжатие мерительной ленты

Показания мерительного устройства,м	Поправка к уровню, мм,
	при температуре паров груза, °С
	-46	-44	-42	-40
8	3	3	2	2
9	3	3	3	2

Кроме поправок на вертикальное сжатие танка при расчетах объема, занимаемого жидкостью или парами груза, следует учитывать объемное сжатие танка (Volumetric Shrinkage Factor) вследствие воздействия низких температур. В Прилож. 1 приведена таблица для определения фактора объемного сжатия танка по известной температуре. При определении объема паровой фазы учитывают сжатие танка при температуре паров, а в жидкостной фазе — при температуре сжиженного газа.

Многие классификационные общества и сюрвейерские организации требуют определять уровень груза с точностью до 1 мм, а температуру — с точностью до 0,1 °С.

Пример: Выполнить предварительные расчеты количества пропана, который необходимо погрузить при темпе­ратуре —20°С, обеспечивая полную грузовместимость судна, и определить объем груза и взливы в каждом танке. Расчетный дифферент судна на отход — 1 м на корму. Установочные давления для предохранительных клапанов — 0,3 и 4,0 бара.

Решение: Для расчетов будем использовать мерительные таблицы из Приложения.

1. Зная термодинамические характеристики пропана, определим давление его насыщенных паров при заданной температуре: при —20°С давление насыщенных паров составит 2,4452 бара. Это давление соответствует манометричес­кому давлению газа в танке в 1,44 бара. Следовательно, dm(avrs) должно быть выставлено на 4,0 бара перед началом погрузки.

2. По соотношению

FL = dm • 98%

dc

определяем предел заполнения танка (здесь dc — плотность груза). Для этого из термодинамических таблиц находим плотность пропана при давлении, соответствующем установочному давлению предохранительного клапана в 4 бара ( манометрическое), и плотность пропана при температуре груза - 20°С:

Установочное давление 4,0 бара

Атмосферное давление 1,013 бара

Давление насыщения 5,013 бара

Плотность пропана при 5,013 бара составляет 526,21 кг/м³. Плотность пропана при температуре -20°С составит 554,48 кг/м³. Подставляя эти значения, получаем

FL = dm • 98% = 526,21 кг/м³ • 98% = 93%

dc 554,48 кг/м³

3. Зная процентное значения предела заполнения танка, рассчитаем объем жидкой фазы груза в каждом из четы­рех танков:

Танк	Объем танка, 100%	Объем заполнения, 93%
№1	828,340 м^3 X 0,93	770,356 м³
№2	987,180 м³ Х 0,93	918,077м³
№3	1060,220 м³ Х 0,93	986,005 м³
№4	1060,220 м³ Х 0,93	986,005 м³

4. Из мерительных таблиц выбираем значение взливов груза в танках (с учетом поправки на поплавок и диффе­рент в 1 м на корму):

Танк	Объем заполнения, м^3	Исправленный взлнв, м
№1	770,356	8,395
№2	918,077	8,123
№3	986,005	8,109
№4	986,005	8,131

Если предварительный расчет груза был выполнен с достаточной точностью, действительные взливы в танках на момент окончания погрузки (показания мерительных устройств) можно рассчитать, используя необходимые поправ­ки на сжатие ленты и вертикальное сжатие танка с учетом фактической температуры груза и паров.

Расчет груза для продувки танков. Зачастую терминал не может обеспечить подачу на борт судна паров груза, необходимого для продувки танков, поэтому часть груза поставляют в сжиженном виде специальными грузовиками на отстойный причал или же по грузовому трубопроводу с терминала, после чего судно выходит в море, где и выполняет продувку с помощью судового испарителя и последующее захолаживание танков. В связи с этим возникает необходи­мость предварительных расчетов количества сжиженного газа, необходимого для продувки грузовых танков и их захола-живания перед погрузкой. Такие расчеты проводят с использованием уравнения состояния идеального газа, закона Авогадро (для приближенных расчетов) или же при помощи таблиц термодинамических характеристик перегретых паров груза (если они имеются).

Пример: Перед погрузкой необходимо продуть атмосферу танка парами пропана. Температура атмосферы грузового танка перед продувкой 15°С. Определить количество сжиженного пропана (м³), необходимое для продувки танка объемом 3000 м³, если терминал может поставить сжиженный пропан при температуре -41° С.

Решение: 1. Определим массу паров пропана, необходимую для замены атмосферы танка. Для вычисле­ний воспользуемся таблицами термодинамических параметров перегретых паров пропана (Прилож. 1). По графику находим плотность р перегретых паров пропана при температуре 15'С и давлении 1 бар: она равна 1,75 кг/м³. Зная объем танка и плотность паров, определяем их массу:

т = ρ • V = 1,75 • 3000 = 5250 кг.

2. Для того чтобы определить, сколько сжиженного пропана потребуется для замены атмосферы танка, из таблицы термодинамических характеристик пропана (Прилож. 1) по температуре -41° С выбираем значение плотности сжиженного пропана ρж, оно равно 579,66 кг/м³. Тогда:

V= т : ρж= 5250 : 579,66 = 9,057 м³ .