Организация процесса замены атмосферы танков

Продувка

1. Очень важно регулярно контролировать атмосферу в танке. Примерно через 10—15 мин после начала продувки танков рекомендуется замерить содержание кислорода в их атмосфере на всех возможных

уровнях (вверху, посредине, в нижней части). Такая операция позволит уже сразу, на начальном этапе, определить, правильно ли идет процесс или нет, Если вы обнаружите, что изменения атмосферы танка не происходит, необходимо НЕМЕДЛЕННО остано­вить продувку и ещё раз проверить систему трубопроводов и клапанов.

В процессе продувки методом замещения все осушительные клапаны и все пробоотборники, включая пробоотбор­ники на грузовых насосах, должны быть все время открыты до тех пор, пока вы не убедитесь, что в точках отбора проб атмосфера соответствует заданным параметрам.2. Необходимо регулярно проверять состав (характеристики) азота или ИГ, подаваемых в танк на входе в магист­раль. Очень важно, чтобы азот на судовом манифолде соответствовал принятым стандартам (содержание кислорода должно быть неболее 5 ррм, а точка росы не должна превышать -б5°С). Если продувка танков осуществляется азотом, подаваемым с грузовиков, а для его нагрева используется паровой подогреватель, такие проверки необходимо выпол­нять намного чаще, поскольку протечки в системе парового нагревателя могут привести к печальным последствиям и дополнительным затратам.

3. В ходе работ необходимо обеспечить продувку всех систем, трубопроводов и компрессоров. Желаемый резуль­тат достигается при отдаче глухих фланцев, опрессовке и продувке системы трубопроводов перед началом продувки танков. Опрессовка систем с последующим резким сбросом давления через клапаны, фланцы и продувочные пробки позволит очистить трубопроводы и системы от влаги и остатков предыдущего груза.

| Запомните! Просушка азотом грузовых танков и систем будет продолжаться бесконечно долго, если в танке или трубопроводе присутствует даже незначительное количество свободной воды.

Если фрахтователь устанавливает жесткие требования в отношении точки росы атмосферы танков, то потребуется значительный расход азота. Единственный способ немного уменьшить эту величину — тщательно продуть все системы и трубопроводы судовым сухим воздухом и осушить их, прежде чем начать продувку танков азотом.

!Следует помнить, что температура воздуха или инертного газа, подаваемого в танк, не должна быть выше температуры атмосферы танка.

Несколько сэкономленных минут при нагреве танка приведут к потере многих часов в процессе его осушки.

5. После перевозки аммиака или VCM необходимо сменить масло в компрессорах, если следующим грузом будет пропилен или бутадиен. Нарушение этого требования может привести к порче груза.

6. Как уже указывалось выше, нельзя допускать при продувке повышения давления в танке более 100 мбар. Давление выше 100 мбар разрушает «поршень» в танке и сводит к нулю все усилия при его продувке методом заме­щения.

7. Поскольку существуют жесткие требования к максимальному содержанию СО2 и СО в таких грузах, как этилен и пропилен, использовать судовую установку ИГ при их перевозке нежелательно.

Для определения количества азота, необходимого для продувки танков, можно использовать следующие соотношения:

1л жидкого азота (-196°С)=0,8086 кг = 691л газообразного азота при 15°С и атмосферном давлении 1 кг жидкого азота = 855 л газообразного азота при 15°С и атмосферном давлении.

Подготовка танков под погрузку подразумевает две последовательные операции:

• продувка танка парами груза,

• захолаживание танка до необходимой температуры.

Продувка парами груза (Gassing Up) следует незамедлительно после продувки танка азотом до необходимой кон­диции. Назначение операции — замещение атмосферы танка, содержащей азот, парами груза для обеспечения рабо­тоспособности компрессорной установки. Обычно максимальное содержание азота в танке перед запуском компрес­сорной установки не должно превышать 2% объёма, однако эта величина не является абсолютной и зависит от типа компрессорной установки и вида груза.

Захолаживание танка также незамедлительно следует за продувкой танка парами груза. Процесс включает в себя постепенное охлаждение материала, из которого изготовлен танк, до необходимой температуры. При этом должна обеспечиваться необходимая скорость охлаждения танка в соответствии с требованиями завода-изготовителя. Захола­живание выполняют путем подачи жидкого груза на верхний распыл танка.

Замена атмосферы танков парами груза — довольно легкая операция. Большинство паров перевозимых грузов значительно тяжелее азота (исключая аммиак и этилен). Поэтому логичнее подавать тяжелые пары груза в низ танка. Для судов среднего размера (до 15 000 м³) продувку парами целесообразнее производить в параллель (рис. 131), так как продувка судна такой вместимости по каскадной схеме приведет к значительным потерям времени, поскольку после продувки систему необходимо будет настроить на параллельную погрузку.

Продувка в параллель также позволяет при значительной интенсивности подачи паров в танки удерживать мини­мальное давление внутри них, чем достигается наиболее полное использование эффекта «поршня».

Скорость подачи паров регулирует терминал, поскольку она не должна превышать максимальную производитель­ность берегового газоотвода. Для большинства промышленных газов интенсивность их подачи в танки при продувке — 1000—1500 м³/ч. Максимальная производительность берегового инсинератора (факела) — около 4000 м/³ч.

Продувку с использованием берегового «факела» ограничивает возможность увеличения дымообразования на факе­ле по следующим причинам:

• жидкий груз достигает поверхности горения (необходимо предотвращать такие ситуации),

• неполное сгорание паров из-за недостаточной подачи воздуха на факел,

• сжигание непредельных углеводородов дает гораздо больше дыма, чем предельных при одном и том же количестве. Поэтому в реальной жизни при максимальной пропускной способности факела 1500 м³/ч скорость продувки составит 300—500 м³/ч. Если продувка парами идет правильно, то на факел подается лишь смесь паров и азота в конечный момент продувки. Примерно 75% объёма танков будет содержать чистый азот, поэтому .сброс давления из танка можно осуществлять в атмосферу, однако это надо детально обсудить с представителями терминала перед продувкой.

Рис. 131. Продувка танков в параллель парами тяжелых грузов

При сбросе азота в атмосферу судно не будет зависеть от производительности берегового газоотвода, а снизить скорость продувки потребуется только на заключительном этапе, когда начнется сброс смеси из танка на факел (этот этап занимает 1—1,5 ч). Использование факела только в тот момент, когда обнаружится присутствие паров углеводо­родов в куполе танка, позволяет закончить продувку значительно быстрее.

Продувка танков парами легких газов (этилен и аммиак). Пары этилена имеют примерно такую же плотность, что и пары азота. Поэтому продувка танков парами этилена требует гораздо большего количества груза, нежели продувка парами LPG. Если этилен подается с берега в виде паров, то используют береговой компрессор. В этом случае большинство паров, отводимых с судна в береговой газоотвод, сжижается повторно. Так как при этом можно подо­греть пары этилена перед их подачей на судно, плотность паров может быть несколько ниже, чем плотность более холодного азота в грузовых танках. Тогда продувка осуществляется каскадом по схеме «сверху—вниз».

Этот метод можно оптимизировать, как только концентрация паров этилена в первом танке достигнет 100%. После этого можно начинать подачу этилена в сжиженном виде на верхний распыл .танка. Интенсивность подачи жидкого этилена должна быть незначительной, чтобы обеспечить полное испарение груза внутри танка и его постепен­ное захолаживание. В это же время систему необходимо перестроить таким образом, чтобы холодные пары этилена (температура паров ниже температуры азота в танках) подавались по схеме «снизу—вверх». По достижении 100%-ной концентрации паров этилена в следующем танке также начинают подачу жидкого груза на верхний распыл этого танка и проводят его захолаживание и т. д. (рис. 132).

Поскольку продувка танков парами осуществляется одновременно с их захолаживанием, такая операция позволяет значительно сэкономить время.

При продувке танков парами этилена присутствие его паров на выходе из танка обнаруживается очень быстро, поэтому возникает необходимость сброса атмосферы танка на факел через несколько минут после начала продувки.

Если терминал может подавать только жидкий груз на судовой манифолд, то для получения горячих паров можно использовать палубный подогреватель (рис. 133).

Продувка танка парами тяжелых грузов. Продувку танков парами LPG обычно выполняют в судовых условиях с использованием груза из дек-танка. Вместимость танка — 20—30 т груза при нормальной температуре, или, как его называют, охлаждающего агента (Heel).

Если предстоит погрузить охлаждающий агент в порту, поскольку на судне нет запаса груза в дек-танке, необходи­мо предварительно продуть грузовой танк (самого маленького объема) и затем при малой скорости одновременно с захолаживанием танка погрузить необходимое количество груза.

Рис. 132. Продувка танков каскадом с использованием жидкого этилена

В процессе использования охлаждающего агента для продувки и захолаживания остальных танков могут быть задействованы судовые компрессоры или танк с грузом может быть использован как испаритель. Для этого грузовым насосом жидкий груз подается на верхний распыл танка, а образующиеся при этом пары перепускаются по каскадной системе в остальные танки по схеме «снизу—вверх».

Использование грузового конденсатора или испарителя при продувке танков. Если терминал может подавать на судовой манифолд лишь жидкий груз, при продувке танков парами груза необходимо использовать некоторые допол­нительные системы газовоза. Если суда оборудованы паровыми испарителями, их можно использовать для испарения жидкого груза. В некоторых случаях для этих целей целесообразно задействовать многоцелевой грузовой конденсатор-теплообменник, в котором груз нагревается проточной забортной водой. Скорость подачи жидкого груза через такой теплообменник не превышает 3—5 т/ч (рис. 133, 134).

Можно также в качестве испарителя использовать обычный грузовой подогреватель, если на линии нагнетания установлен невозвратный клапан.

Продувка и захолаживание танков жидким этиленом. Этилен по своей природе разительно отличается от пропиле­на, пропана или С4 (смесь углеводородов, в молекулах которых содержится 4 атома углерода). Это очень легкий продукт с низкой температурой кипения (-103°С), поэтому процесс его захолаживания довольно сложен. Все грузо­вое оборудование (прежде всего подогреватель груза) обычно рассчитано на температуру до —50°С, поэтому продувка танков парами этилена осуществляется путем подачи жидкого этилена на верхний распыл танка прямо на азот. Самый эффективный способ продувки танков для такого груза — продувка и одновременное захолаживание танков каскадом (рис. 135). Поскольку разность в плотностях между азотом и этиленом при таком способе подготовки танков отсут­ствует, то и разделения газа на слои внутри танка не будет. Метод замещения атмосферы в данном случае неприем­лем, в том числе и из-за большого расхода этилена при продувке. Обычно потери продувочного газа при подготовке к погрузке судна вместимостью до 8000 м³ составляют около 15 т и выше.

Расчет времени захолахиваиия танков. Для примера рассчитаем время захолаживания танков жидким этиленом и количество этилена, которое потребуется для этой операции. Прежде всего сделаем несколько основных предполо­жений:

• Приток тепла в систему грузовых танков извне постоянный в период захолаживания и равен 50% расчетного значения при погрузке этилена с температурой -103°С.

• Средняя температура воздуха 45°С (наихудшие условия).

• Температура забортной воды 32°С (наихудшие условия).

• Температура пространства, окружающего танки (Void spaces), в верхней части — 4 ГС, а в нижней 28°С (в танке находится этилен с температурой -104°С).

• Суточное колебание температур составляет 15°С (разница между дневной и ночной температурами).

Рис. 133. Схема продувки танков каскадом с использованием жидкого груза

Рис. 134. Схема захолаживания танков каскадом с использованием жидкого груза

Рис. 135. Схема захолаживания и продувки танков жидким этиленом

• Давление паров в танке в процессе продувки удерживается в пределах 1,25 бара (абсолютное давление) для обеспечения наиболее оптимального режима испарения этилена.

• Максимально допустимая скорость захолаживания танка 10°С/ч (требование завода-изготовителя). Учитывая суточное колебание температуры (15°С), можно вычесть половину этого значения из предполагаемой температуры (Void Space) в верхней его части (температура в нижней части зависит от температуры забортной воды, а её суточные колебания приняты несущественными). Это значение будет 34°С. В таком случае среднюю температуру изоляции определим как ½ абсолютного значения разницы между средней температурой Void Space и температурой груза в танке:

(45 - 7) + 32 = 35°С.

2

Первоначальная температура (перед началом захолаживания) должна быть равна среднему арифметическому сум­мы дневной температуры воздуха за вычетом половины значения суточного колебания температуры и температуры забортной воды:

34 +28 - 104 • 1 = 37°С

2 2

Теперь можно рассчитать минимально возможное время захолаживания при температуре атмосферы танка 35°С и температуре груза —104°С. Следовательно,

время захолаживания = 104 + 35 = 14 ч.

10

Это минимально возможное время захолаживания, т. е. нижний предел.

Перейдем к определению средней температуры паров этилена в процессе захолаживания. Практика показывает, что обычно температура паров на выходе из танка примерно на 10°С ниже, чем температура танка. Рассмотрим самый неблагоприятный вариант, и разницу температур примем равной 20°С. В таком случае температура паров в начале процедуры будет

35° - 20° = 15°С.

При окончании захолаживания температура паров этилена

-104° + 20° = -84°С.

Следовательно, средняя температура паров этилена

15 + (-84) = -35°С.

2

Удельная теплота парообразования этилена при давлении 1,25 бара и температуре -102°С составляет 477кДж/кг, а при -35°С — 561 кДж/кг.

Следовательно, на испарение в танке каждого килограмма жидкого этилена из общей теплоты материала танка и его изоляции будет затрачено 561 кДж.

Теперь необходимо определить подвод теплоты в танк в единицу времени через его изоляцию. Величину этой теплоты снимаем с графика по температуре груза, температуре воздуха и забортной воды (график составляет завод-изготовитель для каждого судна).

Пусть в нашем случае для всех танков эта величина составила

QBH = 148 950 кДж/ч.

Далее нужно определить, какое количество теплоты необходимо удалить из материала танка (сталь, удельная теплоемкость 0,47 кДж/(кг • К). Вес 900 т, разность температур t1, = 35°С, t2 = -104°С, ∆T = 139°С):

Qt = m • с • ∆T = 0,47 • 900 000 • 139 = 58 797 000 кДж

и из изоляции танка (полиуретановая пена с теплоемкостью 1,25 кДж/кг, вес изоляции 46 068 кг, разница температур изоляции в начальный момент погрузки составит t1 = 39°С, t2 = -37°С, ∆T = 78°С):

Qi = т • с • ∆T = 46 068 • 1,25 • 78 = 4 491 630 кДж.

Если за 14 ч поток тепла извне

QBH = 148 950 • 14 = 2 085 300 кДж,

то общее количество теплоты, которое необходимо удалить,

Q = Qt + Qi + QBH = 2 085 300+ 4 491 630 + 58 797 000 = 65 373 930 кДж.

Зная удельную теплоту парообразования этилена, можно определить его количество, необходимое для захолаживания (отвода теплоты за счет испарения):

т = Q/r = 65 373 930 : 561 = 116 531 кг этилена = 116, 5 т.

Если полученное количество этилена разделить на время захолаживания, то получим общую производительность подачи сжиженного этилена:

116,5: 14 =8,323 т/ч.

Исходя из таких расчетов, определяем интенсивность подачи сжиженного этилена при захолаживании танков.