Судовые газоотводные системы современных газовозов

Газоотводные системы – это совокупность компонентов, установленных на судне для удаления газов от грузовых и топливных отсеков, быстрого разбавления их воздушной средой и переноса в окружающую атмосферу.

Эти системы очень важны для безопасности на судне, так как газы, выделяющиеся в грузовых отсеках, могут быть взрывоопасными. Правильно организованная газоотводная система – это гарантия того, что газы будут удаляться безопасным способом, не создавая угрозу для судна или его экипажа.

Газоотводные системы

Системы газоотвода предназначены для удаления газовоздушной смеси из танков в атмосферу во время погрузки и для снятия избыточного давления, возникающего при изменении температуры, т. е. для обеспечения газообмена между грузовыми танками и атмосферой. В процессе погрузки жидкого нефтепродукта в танки необходимо обеспечивать выпуск его паров и воздуха в атмосферу, а при разгрузке, наоборот, освободившиеся объемы заполнять ИГ или атмосферным воздухом, иначе в первом случае возникнет повышенное давление внутри танка, способное привести к повреждению палубы и переборок.

Назначение и принцип действия

При транспортировке нефтепродуктов необходимость газообмена между подпалубным пространством и атмосферой вызвана периодической сменой условий теплообмена в течение суток. Нагрев воздуха в дневное время и солнечная радиация способствуют повышению температуры палубы, а от нее и газовоздушной смеси внутри грузового танка. Чтобы давление газовоздушной смеси не превышало допустимых для корпусных конструкций значений, осуществляется выброс части объема газовоздушной смеси в атмосферу. В ночное время процесс идет в обратном направлении, т. е. с понижением температуры. Это приводит к уменьшению давления внутри танка и притоку атмосферного воздуха (так называемое малое дыхание).

Требования, предъявляемые к системам газоотвода:

• должна быть исключена возможность проникновения токсически опасных и воспламеняющихся паров в жилые и служебные помещения, а также опасных в пожарном отношении;
• не допускать возникновения в грузовых танках избыточного давления или вакуума, превышающих расчётные параметры;
• газоотвод должен быть независимым для каждого отдельного танка или общим для группы грузовых танков;
• при объединённой газоотводной системе должны быть установлены запорные клапаны, имеющие чёткую визуальную индикацию их положения и запирающее устройство.

Газовыпускные отверстия системы газоотводов имеют различную конструкцию и форму. Площадь выходных отверстий, через которые происходит выпуск газов из грузовых танков, определяется заданной интенсивностью грузовых операций. В Судовые системы и трубопроводыобычных трубопроводах газ беспрепятственно выходит в вертикальном направлении, а в некоторых имеются огнепреградители, или защитные колпаки (дефлекторы), которые вызывают отклонение струи газов в сторону или вниз.

Основным назначением системы газоотвода танков является обеспечение пожаробезопасности в районе грузовой палубы, т. е. рассеивание паров углеводородов в окружающей атмосфере до концентраций ниже НПВ и поддержание позитивного давления в танке при перевозке груза. Это необходимо соблюдать при изменении параметров окружающей среды и количества груза в танке. Поэтому газоотводные отверстия, снабженные дефлекторами, должны быть полностью независимыми от воздушных трубопроводов, обслуживающих другие помещения. Расположение устройств для выхода газов и паров должны сводить к минимуму возможность проникновения воспламеняющихся паров в помещения, опасные в пожарном отношении, а также токсичных паров в жилые помещения.

Газоотводные устройства каждого танка могут быть автономными (независимыми) для каждого отдельного танка или общими для группы грузовых танков. Для объединения газоотводных систем допускается использование трубопроводов системы ИГ. Если устройство является общим для нескольких грузовых танков, то на газоотводных системах нефтяных танкеров и танкеров-продуктовозов должны быть установлены запорные клапаны, обеспеченные четкой визуальной индикацией их положения и запирающим устройством, фиксирующим клапан.

На газоотводных системах химовозов запрещено устанавливать запорные клапаны. Газоотводные устройства должны подводиться к верхней части каждого танка (к расширителю) и самоосушаться в грузовые танки при нормальных условиях дифферента и крена судна или в случае необходимости снабжаться осушительными пробками. Организация безаварийной эксплуатации танкера-газовозаГазоотводная система должна быть оборудована устройствами для предотвращения проникновения пламени в грузовые танки. В ней должны быть приняты меры для предотвращения подъёма жидкости в газоотводную систему до высоты, превышающей расчетное давление грузовых танков (они должны быть оборудованы системой сигнализации о высоком (предельном) уровне груза в танках или системой контроля над переливом груза в танки). Проходное сечение трубопроводов отвода газов (паров, ИГ, воздуха) должно быть не менее чем в 1,25 раза больше площади сечения, определенной исходя из максимальной расчетной скорости погрузки.

Газоотводные трубы выводят на регламентируемую Правилами РМРС высоту над палубой не менее 2 м и размещают как можно дальше от дымовых труб и других источников появления открытого огня и не ближе 5 м от воздухозаборников системы приточной вентиляции. На старых танкерах применяются газоотводные системы, объединяющие танки одной группы в магистральные трубопроводы, отводящиеся на мачты. В таких системах предусмотрены запорные клапаны с запирающими устройствами. Газоотводные устройства подводятся к верхней части каждого танка и самоосушаются в танки при нормальном крене и дифференте. Газоотводные системы имеют устройства для предотвращения проникновения пламени в грузовые танки, а также предупредительную сигнализацию о высоком уровне груза в танке или систему контроля над переливом его из танка.

Концентрация газа одинакова почти во всем объеме танка и может быть огнеопасной. Если предыдущий груз был летучим продуктом, газовоздушная смесь может быть перенасыщенной.

Газоотводная система состоит из участков труб, по которым отводятся пары из верхних точек отдельных танков, оборудованных дыхательными клапанами и огневыми предохранителями, соединяющихся в газоотводную магистраль, выведенную вверх вдоль мачт или грузовых колонн. В районе мачты или колонны на газоотводной магистрали устанавливаются уравнительные автоматические клапаны, ограничивающие давление паров в танках.

На каждой магистральной трубе должен быть установлен предохранительный переливной клапан, в котором предусмотрен съёмный огневой ленточный предохранитель, устанавливаемый в отверстие перелива на палубу. На магистральных газоотводных трубах предусматриваются:

• паропровод для пропаривания газоотводной системы;
• компенсаторы;
• дренажные клапаны.

Мановакууметры и другие измерительные устройства для определения давления устанавливаются на газоотводных трубах каждого танка и выводятся на ПУГО.

Существует три вида предохранительных клапанов, устанавливаемых на газоотводной системе и служащих для сброса паров или газов в атмосферу:

• раздельные пресс-вакуумные клапаны (P/V valves);
• клапаны высокоскоростного выпуска (HIGH VELOCITY Valves);
• комбинированные пресс-вакуумные клапаны высокоскоростного выпуска.

Отвод газов из танков может осуществляться как в атмосферу, так и в береговые сооружения (газовозы, химовозы). На практике используются три основных способа отвода паров из танка:

• открытый (свободный) выброс паров в атмосферу;
• контролируемый отвод паров;
• сброс паров с использованием предохранительных клапанов газоотводной системы.

Особенности систем газоотвода

Системы газоотвода проектируются по:

• автономному;
• групповому;
• и централизованному принципу.

Рассмотрим каждый из них.

Централизованный принцип проектирования систем предусматривает объединение всех газоотводов из танков в одну общую магистраль. Такие системы устанавливаются на нефтеналивных судах малого дедвейта, перевозящих в танках один сорт груза.

Автономный принцип представляет автономные трубопроводы от каждого танка, причём каждая газоотводная труба на его конце снабжается специальным клапаном, создающим большую скорость истечения газов. Появление супертанкеров послужило толчком к развитию автономных систем газоотвода, которые сейчас становятся все более распространенными. Давление, как избыточное, так и вакуумное, в газовом объеме внутри танков не должно превышать заданных величин в течение всего срока эксплуатации (см. таблицу ниже).

Производительность системы газоотвода (м³/ч) принимается равной максимальной подаче средств погрузки нефтепродуктов, умноженной на коэффициент, равный 1,25, который учитывает одновременное испарение груза. Диаметры трубопроводов газоотводной систему определяются по результатам аэродинамического расчета. По функциональному признаку трубопроводы подразделяют на:

• дыхательные, предназначенные для работы в период рейса;
• и непосредственно газоотводные, обслуживающие погрузочно-разгрузочные операции.

Дыхательные трубопроводы снабжаются дыхательными клапанами, обеспечивающими стравливание избыточного давления и прием воздуха при падении давления ниже атмосферного. Газоотводная система должна быть надежно защищена от случайных внешних источников огня, а также препятствовать распространению его из одного танка в другой.

Для предохранения от распространения открытого огня (искры, пламя и т. п.) в состав систем газоотвода входят специальные огнепреградители и пламяпрерывающие сетки. При скорости газовыпуска 30,5 м/с и выше обеспечивается быстрое снижение концентрации газов и достаточная степень их рассеивания. На основании этого разработана серия автономных газоотводных высокоскоростных устройств. Высокоскоростное выпускное устройство через специальное сопло круглого или квадратного сечения обеспечивает выпуск газов со скоростью 30 … 70 м/с с такой формой струи, при которой достигается ее максимальная высота и удаление газов далеко за пределы судна. Выпуск осуществляется при избыточном давлении в танке 17 кПа.

При погрузке легкоиспаряющегося груза в пустой дегазированный танк происходит его быстрое испарение и интенсивное выделение паров груза в атмосферу грузового танка. Из-за высокой плотности паров груза, которая гораздо выше плотности воздуха, газ скапливается вблизи поверхности в виде слоя некоторой толщины и по мере заполнения танка поднимается вместе с уровнем груза (рис. 1).

Количество и концентрация паров, образующих газовый слой в начале погрузки, зависят от следующих факторов:

• давления насыщенных паров груза;
• температуры груза в танке;
• интенсивности расплескивания груза при его падении в танке;
• времени поступления груза в танк;
• наличия частичного вакуума в грузовой системе.

В соответствии с законом Рауля парциальное давление паров компонентов смеси над жидкостью пропорционально их мольным долям в жидкой фазе. Газовая смесь, содержащая в своём составе пары груза с концентрацией свыше 150 % верхнего предела взрываемости (ВПВ), является обогащённой. По мере удаления от слоя жидкости концентрация паров в атмосфере танка будет падать, при условии, что танк был дегазирован. Газовая смесь, содержащая в своём составе пары груза с концентрацией менее 50 % НПВ, является разреженным газом. Большинство грузов с низким давлением насыщенных паров способно образовывать газовый слой толщиной около 1 м. Толщина полного слоя паров не превышает 3 м при истинном давлении пара (ИДП) менее 1 бар. Поэтому в начале погрузки на выходе газоотвода будет присутствовать только воздух или ИГ, а к концу погрузки концентрация паров на выходе газоотвода достигнет 30 … 50 % от объёма.

По окончании погрузки парообразование груза продолжается до тех пор, пока над поверхностью жидкости не установится равновесное состояние паров, при этом их концентрация может достигать в верхней части танка 90 … 95 % от объёма. За толщину газового слоя принимается расстояние между слоем жидкости и таким уровнем паров, на котором концентрация составляет 50 % по объёму.

Часто химовозы осуществляют транспортировку грузов, которые образуют газовый слой с концентрацией паров 50 % по объёму толщиной намного больше 1 м. При ИДП больше 1 бар (больше атмосферного давления) их толщина резко увеличивается, что может стать причиной быстрого увеличения количества паров выделяемого груза, и груз в танке как бы «вскипает». Например, для газолина этот процесс почти точно совпадает с моментом резкого увеличения толщины газового слоя. Однако для большинства грузов «кипение» начинается только тогда, когда ИДП значительно превышает атмосферное давление.

Опыт показал, что должное рассеивание потока паров груза в атмосферном воздухе ниже НПВ обеспечивается при скорости ветра более 5 м/с. Для легкоиспаряющихся грузов процесс рассеивания будет проходить быстрее, а зона с опасными концентрациями паров в атмосфере будет значительно шире, чем для грузов, испаряющихся менее интенсивно. Принято считать, что при содержании воспламеняющихся паров груза в атмосфере менее 30 % НПВ такая паровоздушная смесь не представляет пожарной опасности.

Из всего спектра выбросов из танков по биологической активности и негативному воздействию на людей можно выделить пять основных компонентов отработавших газов:

• окислы азота (NO_x);
• окись углерода (CO);
• окислы серы (SO_x);
• углеводороды (CH)
• и альдегиды (А).

На их долю приходится 80 … 95 % от общей массы вредных газообразных веществ. Экологическая опасность их заключается ещё и в том, что, перемешиваясь с атмосферным воздухом после выпуска, они, взаимодействуя друг с другом, образуют новые токсичные вещества, часто необратимого характера, отрицательно воздействующие на человека и другие живые организмы даже на больших расстояниях от источников выбросов.

При загрузке нелетучего груза при температуре значительно ниже температуры вспышки отсутствует Безопасность газовозов и источники воспламенения газовопасность возгорания. Однако при загрузке летучего груза выделяется некоторое количество газа в зависимости от давления продукта. Концентрация газового слоя в танке изменяется в зависимости от расстояния над поверхностью жидкости (очень близко к поверхности оно имеет значение, соответствующее ИДП жидкости). Например, если ИДП = 0,75 бар, газовая концентрация над поверхностью составляет примерно 75 % от объема.

Толщина газового слоя также изменяется в зависимости от условий загрузки (обычно в течение погрузки она составляет не более 3 м при ИДП менее 1 бар). Как правило, наблюдается довольно сильное уменьшение газовой концентрации в верхней части слоя. Когда загрузка закончена и вентиляционная система закрыта, испарение будет продолжаться до тех пор, пока давление равновесной газовой смеси не будет равно значению ИДП.

В течение рейса дальнейшее испарение также может продолжаться из-за климатических условий и увеличения температуры жидкого груза.

Особенности эксплуатации систем газоотвода

Во время разгрузки объем воздуха, равный объему выгруженного нефтепродукта, должен быть замещен в танк через систему вентиляции. Поступающие турбулентные потоки воздуха разбавляет газ в танке, поэтому газовая концентрация уменьшается. В течение и после разгрузки нелетучего груза в танке образуются только небольшие газовые концентрации. Если температура груза в течение разгрузки повысилась, то испарение может увеличиваться и вся атмосфера танка может стать огнеопасной и быть таковой в течение всего периода разгрузки. Нормы разгрузки имеют второстепенное значение по сравнению с концентрацией газа. Использование СИГ в таких случаях гарантирует безопасные условия в танках.

Огнеопасный и ядовитый газ может присутствовать на больших расстояниях от выходов. Кроме того, самые большие концентрации газа встречаются при завершении грузовых операций с открытыми измерительными отверстиями и самые большие объемы газа удаляются в атмосферу при его свободном истечении. Во время мойки и подачи воды в танк также может попасть газ, несмотря на то, что была произведена чистка танка и промывка трубопровода грузовой линии. Если вода подается в танк через грузовые трубопроводы, то газ может присутствовать в виде тонкого слоя на поверхности воды.

Возникает потенциальная опасность пожара, если огнеопасная газовая зона достигает любого местоположения, где могут иметься источники воспламенения, аналогичные приведенным на рис. 2:

• рабочая площадь грузовой палубы, которая обычно является свободной от источников воспламенения;
• надстройки и палубные рубки, в которые газ может поступать через двери, иллюминаторы или вентиляцию;
• смежный причал, борт другого судна и водная поверхность, где могут находиться какие-либо плавучие средства с источниками возгорания.

Влияние скорости ветра. Распределение газа зависит от скорости ветра. Опыт работы на терминалах показывает, что при скорости ветра более чем 5 м/с газ рассеивается достаточно, чтобы избежать риска воспламенения (при вентиляции грузовых танков) через вентиляционные трубы. При более низкой скорости ветра рассеивание газов может быть опасным из-за того, что направление движения газа не всегда предсказуемо. При спокойной погоде плотность и опасные концентрации газа формируются в низких местах палубы, вдоль корпуса судна и на поверхности воды. Согласно требованиям IBC установлены специальные нормативы для вентиляционных систем танкеров-химовозов. Все танки должны быть обеспечены вентиляционной системой, подходящей для перевозимого груза.

Обычные газоотводы приемлемы в тех случаях, когда пары перевозимого груза не реагируют друг с другом.

Открытая вентиляция грузовых танков через открытые трубопроводы. Подобная вентиляция допускается только для нефтепродуктов с температурой вспышки более 60 °С, не токсичных, т. е. не приносящих вреда здоровью при вдыхании их паров.

Управляемая вентиляция танков. Управляемая вентиляция грузовых танков требует наличия специальных клапанов, реагирующих на вакуум/давление на вентиляционном трубопроводе от каждого танка, и может быть полностью независима или связана на стороне давления с общим коллектором. Газоотводы должны быть помещены, по крайней мере, на 6 м (4 м, если судно построено до 1 января 1994 г.) выше открытой палубы или выше переходного мостика, если установлены в пределах 4 м от него. Если установлены высокоскоростные клапаны вентиляции (рис. 3) с минимальной скоростью истечения до 30 м/с, высота расположения выходного вентиля может быть уменьшена до 3 м.

Выходы должны быть помещены, по крайней мере, на расстоянии 10 м от любых воздухозаборников, проходов для экипажа, мест с источниками воспламенения, а также от машинного отделения. Для удаления ядовитых продуктов требуются большие высоты и расстояния для расположения газоотводов. Предохранительные клапаны устанавливаются только на танках, находящихся под высоким давлением на судах, предназначенных для перевозки специальных продуктов с высоким давлением паров.

Свободный выпуск газов после мойки танков. После того как танк очищен, горловины и люки для очистки грузового ганка должны быть открыты, что позволит ускорить процесс выветривания газа из танка. Однако это опасный метод, так как некоторое количество газа может присутствовать на палубе в течение долгого времени, и танки полностью незащищены от источников воспламенения. Согласно требованиям п. 59.2 Конвенции SOLAS при чистке грузовых танков танкеров, оборудованных СИГ, используют систему вентиляции воздухом до тех пор, пока газовая концентрация не понизится до 2 %. При чистке грузовых танков танкеров без СИГ соблюдают следующие правила:

• вентиляция цистерн воздухом через вентиляционные выходы;
• вентиляция цистерн со скоростью вентилирования не менее 20 м/с, через отверстия, помещенные на 2 м выше уровня палубы и снабженные огневыми экранами;
• когда концентрация газа оказывается ниже 30 % LFL, люки грузового танка можно открыть.

Члены экипажа, работающие на палубе над грузовыми танками, должны помнить о возможном присутствии вредных газов во время грузовых операций. Персональные средства защиты должны использоваться каждый раз при любых, даже кратковременных контактах с грузом или вредными газами.

Обслуживание газоотводной системы заключается в периодических осмотрах и очистке дыхательных клапанов и огневых предохранителей. Нормальная эксплуатация танкера без исправно действующей системы газоотвода принципиально невозможна. Несмотря на конструктивное многообразие систем газоотвода, назначение и принцип их действия одинаков: обеспечить газообмен между танками и атмосферой при любых условиях плавания и погрузочно-разгрузочных работ, так как над свободной поверхностью груза происходит испарение лёгких фракций груза, что вызывает изменение давления в танках. Например, при взятии проб, температурных замерах или соединении/разъединении фланцевых соединений шлангов, находясь у открытых люков, запрещено стоять спиной к ветру, так как перед человеком может сформироваться скопление газа, что приведёт к попаданию вредных веществ в организм. Чтобы этого не произошло, необходимо стоять так, чтобы ветер дул в плечо, а не в спину.

При проведении грузовых и балластных операций дыхательные клапаны должны быть открыты, чтобы при возможном повышении давления в танках не разрушились диафрагмы системы пенотушения и не деформировались корпусные конструкции, а при выгрузке не снизилась подача грузовых и зачистных насосов.

Открытый газоотвод, т. е. свободный выпуск паров из атмосферы танка, не создаёт препятствий истечению атмосферы танка в ходе проведения нормальных грузовых операций. Он состоит из трубопроводов, установленных отдельно на каждом танке или объединенных в общую систему, выполняющую необходимую сегрегацию грузов, обеспечиваемую не только исключением возможного контакта жидкого груза, но и его паров. Такой способ вентиляции допускается лишь при обработке грузов, которые не горят и не являются токсичными. В системе открытого газоотвода не должны устанавливаться запорные клапаны. Выпуск паров из танка происходит в процессе открытой вентиляции непрерывно через вентиляционное отверстие с использованием огнепреградительной сетки или без неё. Т. е. при использовании открытого способа вентиляции танков избыточное давление внутри танка минимально. Однако даже к такой, казалось бы, простой системе отвода паров предъявляются следующие довольно жесткие требования:

• выпускные отверстия системы газоотвода должны быть расположены на высоте не менее 6 м от грузовой палубы или переходного мостика, если они расположены ближе 4 м от него;
• выпускные отверстия должны быть расположены на удалении не менее 10 м по горизонтали от ближайших воздухозаборников, отверстий, ведущих в закрытые помещения, палубных механизмов и устройств, включая брашпили, цепные ящики, якорные клюзы и любое другое оборудование, которое может создать опасность воспламенения;
• учет возможности блокировки огнепреградительных устройств в системе газоотвода из-за полимеризации, застывания паров груза, а также вследствие обмерзания.

Система контролируемого газоотвода представляет собой систему трубопроводов, оборудованную специальными клапанами, предотвращающими создание избыточного давления в танке или его вакуумирование. Система контролируемого газоотвода устанавливается на танкерах, осуществляющих транспортировку грузов с температурой вспышки ниже 60 °С.

Система контролируемого газоотвода. В состав системы контролируемого газоотвода входят:

• индивидуальные трубопроводы, установленные на каждом танке и оборудованные раздельными клапанами, срабатывающими на избыточное давление или вакуум;
• индивидуальные трубопроводы, установленные на каждом танке и оборудованные комбинированными пресс-вакуумными клапанами. Каждый индивидуальный пресс-вакуумный клапан может быть оборудован системой перепуска (байпасом).

Система контролируемого газоотвода может быть общей для какой-либо группы танков, и отвод избыточного давления может осуществляться на отдельную вентиляционную колонну. На трубопроводах системы газоотвода химовозов исключается установка запорных клапанов (это основное отличие системы газоотвода химовозов от газоотводной системы нефтяных танкеров).

Пресс-вакуумные клапаны должны обеспечивать свободный вход/выход паров или воздуха во время проведения грузовых операций и транспортировки груза, поддержание некоторого положительного давления в танке и его защиту от вакуумирования или избыточного давления. Для танкеров с интегральными танками типа 2G давление срабатывания предохранительного клапана на избыточное давление обычно составляет не более 21 кПа (2 100 мм вод. ст.), и на вакуум – не менее 7 кПа (700 мм вод. ст.).

Газовыпускные отверстия системы контролируемого газоотвода должны быть расположены таким образом, чтобы они отвечали следующим требованиям:

• смесь паров выбрасывалась вертикально вверх;
• выброс паров осуществлялся на высоте не менее 3 м от грузовой палубы, если газоотвод расположен на удалении более 4 м от переходного мостика и обеспечена линейная скорость струи газа на выходе не менее 30 м/с (это достигается с помощью специального высокоскоростного клапана);
• выброс паров осуществлялся на высоте 6 м от палубы, если они расположены в пределах 4 м от переходного мостика и выпускное отверстие не оборудовано высокоскоростным клапаном;
• клапаны «Р/V» и «Н/V» должны обеспечивать прохождение паров груза или атмосферного воздуха с интенсивностью в 1,25 раза выше, чем максимально допустимая интенсивность налива/слива груза;
• выброс газов должен происходить на удалении не менее 10 м по горизонтали от ближайших воздухозаборников и отверстий, ведущих в закрытые помещения, палубных механизмов и устройств, включая брашпили, ценные ящики, якорные клюзы, а также любое другое оборудование, которое может создать опасность воспламенения;
• выпускные отверстия клапанов должны быть расположены на удалении не менее 5 м от ближайших воздухозаборников и отверстий, ведущих в закрытые помещения.

Дегазация и вентиляция грузовых танков. Для дегазации и вентиляции грузовых танков после перевозки грузов, иных, чем те, для которых предусмотрен открытый способ вентиляции танков, т. е. для грузов, выделяющих взрывоопасные или токсичные пары, предусмотрено оборудование химовозов дополнительными системами для отвода газовых смесей из атмосферы танков.

Отвод газовых смесей из атмосферы танка может производиться как через системы газоотвода, так и через специальные продувочные трубы, установленные на каждом танке (рис. 4).

При наличии на борту установки ИГ танкер оборудуется системой продувочных трубопроводов, используемых для отвода газовой смеси из танка при одновременной работе системы ИГ.

Система продувки танка должна обеспечивать следующие условия:

• свободный отвод газовой смеси из атмосферы танка при полной производительности СИГ;
• выброс газовой смеси вертикально вверх с линейной скоростью потока не менее 30 м/с;
• выпускное отверстие продувочной трубы должно быть расположено на высоте не менее 2 м от грузовой палубы.

Вентиляторы для дегазации танков. Широко применяемые на борту химовозов, продуктовозов и нефтеналивных танкеров переносные вентиляторы фирмы «Альфа Лаваль» используются для дегазации танков и подачи свежего воздуха перед входом в танк. Легкие по весу и простые в обращении вентиляторы направляют воздушный поток в основание танка, снижая тем самым риск образования паровоздушных мешков в танке. Все модели характеризуются большой глубиной внедрения в танк, что способствует сокращению времени, затрачиваемого на удаление газов, минимизируя, таким образом, расход воды. Также существует возможность использования их для осушения грузовых и балластных цистерн.

Переносные вентиляторы. Переносные вентиляторы, специально разработанные под стандартное палубное отверстие на 318 мм, оснащены устройствами, которые обеспечивают уменьшение линейной скорости выброса газовой смеси до 20 м/с. Приемные отверстия продувочных труб должны быть расположены на максимальном удалении от входного отверстия трубопроводов для подачи в танки ИГ или воздуха. Входные отверстия продувочных труб могут быть расположены или на уровне грузовой палубы, или на высоте не более 1 м от днища танка. Выходные отверстия труб продувочной системы должны быть оборудованы герметичными крышками. Если химовоз не имеет СИГ, то предусматривается его оборудование специальными вентиляторами для продувки и дегазации грузовых танков, которые могут быть как стационарными, так и переносными.

Необходимо строго соблюдать меры безопасности при погрузке грузов с высоким давлением насыщенных паров. Если в процессе их погрузки обнаруживаются слои газа необычно большой толщины, то погрузку следует производить с длительным стравливанием паров из танка. В этом случае вокруг танкера возможно образование газового облака с высокой концентрацией паров, что требует принятия дополнительных мер безопасности.

Погрузка должна производиться только закрытым способом и быть прекращена при скорости ветра менее 5 м/с. Начало налива должно осуществляться с очень низкой интенсивностью. Завершение погрузки также должно производиться с низкой скоростью. Необходимо принятие следующих мер для предотвращения образования вакуума в погрузочном трубопроводе:

• обеспечение инструментального контроля над рассеиванием паров;
• выпуск паров производить на значительном расстоянии от воздухозаборных отверстий;
• отказ от погрузки груза, имеющего температуру, соответствующую температуре его кипения.

Дополнительные средства газоотвода. При отводе газовой смеси из танка через газоотводную систему происходит дросселирование газовой струи. Процесс дросселирования на выходе газовыпускного отверстия системы газоотвода сопровождается резким понижением давления в струе и, соответственно, снижением температуры газа. Это приводит, во-первых, к интенсивной конденсации паров груза или паров воды, содержащихся в газовой смеси, и, во-вторых, при пониженной температуре сконденсировавшаяся жидкость может застыть, заблокировав газовыпускное отверстие, что, в свою очередь, может привести к переопрессовке или вакуумированию танка. В качестве вторичных средств газоотвода на танкерах, оборудованных СИГ, могут служить защитные устройства СИГ.

Дооборудование танкеров вторичными системами газоотвода не требуется в следующих случаях:

• если танкер оборудован системой открытой вентиляции танков;
• если танкер не перевозит грузы с температурой вспышки менее 60 °С;
• если танкер имеет выпускные отверстия дыхательных клапанов, в дополнение ко всему расположенные на удалении не менее 5 м от ближайших воздухозаборников и отверстий, ведущих в закрытые помещения палубных механизмов и устройств, включая брашпили, цепные ящики, якорные клюзы и любое другое оборудование, которое может создать опасность воспламенения;
• если танкер оборудован системой ИГ с прерывателем давления.

Система регулируемого выпуска газов и паров. Система предназначена для обеспечения погрузки легкоиспаряющихся органических грузов по замкнутому контуру, когда исключается выброс паров в атмосферу. Причем утилизация газовой смеси, образующейся в результате испарения груза в грузовых танках судна, может осуществляться самыми разнообразными методами: как отводом газов в те же самые береговые емкости, из которых происходит погрузка, так и отводом их на специальные газоперерабатывающие устройства, которые могут осуществлять улавливание паров и их абсорбцию, повторное сжижение паров или их полное сжигание и утилизацию.

В системе газоотвода (рис. 5) манифолд должен быть расположен как можно ближе к грузовым манифолдам.

Однако на химовозах, которые могут одновременно осуществлять обработку значительного количества разнородных грузов, требующих отвода паров в береговые приемные устройства, допускается установка дополнительных соединительных патрубков на каждом грузовом танке.

В целях предотвращения неправильного подсоединения судового манифолда для отвода паров к линии терминала с наружной стороны манифолда наносится специальная маркировка желтого и красного цвета, поверх которой делается надпись черного цвета «ПАРЫ». Расположение надписи должно соответствовать положению малой часовой стрелки, когда часы показывают время 10 ч или 14 ч. Кроме того, на лицевой поверхности каждого фланца газоотводного манифолда должен быть стационарно закреплен цилиндрический штифт (соответствующий положению стрелок часов показывающих 12 ч) следующих размеров:

• длина 1 дюйм (25,4 мм)
• и диаметр 1/2 дюйма (12,7 мм).

Соответственно во фланцах соединительных шлангов для него должно быть предусмотрено дополнительное отверстие. Газоотводный манифолд должен быть оборудован специальным патрубком с пробкой для подсоединения переносного манометра.

Система отвода паров груза должна быть обеспечена системой звуковой и световой сигнализации о предельном давлении. Пределы срабатывания системы сигнализации составляют 80 % от верхнего и нижнего давления срабатывания пресс-вакуумных клапанов системы газоотвода грузовых танков.

Переполнение грузового танка при использовании системы регулируемого выпуска паров приводит к возможности возникновения таких же опасностей, как и при «закрытом» способе погрузки. Поэтому важно, чтобы системы контроля уровня груза в танках при погрузке с использованием системы отвода паров обеспечивали надежность и позволяли производить замеры уровня груза с достаточной точностью без разгерметизации танка. В связи с этим на танкере предусматривается автономная сигнализация о предельном заполнении танков двух видов: 95 % и 98 %-го заполнения объёма. Каждый вид сигнализации должен быть независимым, обеспечивать подачу звукового и светового сигнала различного цвета и тональности. Обычно световая сигнализация 95 %-го заполнения танка оборудуется проблесковым световым сигналом оранжевого цвета, а 98 %-го заполнения танка – проблесковым световым сигналом красного цвета. Проверка таких датчиков должна проводиться до начала погрузочных операций, а именно в течение 24 ч до захода судна в порт.

Грузовой танк не должен разгерметизироваться для замеров или взятия проб в то время, когда он соединен с системой отвода паров, если он не будет изолирован от всех остальных танков и не будут предприняты меры для обеспечения пожаробезопасности и снижения избыточного давления в нем.

Системы газоотвода должны быть оборудованы средствами и устройствами для эффективного осушения и сбора любого конденсата, который может накапливаться в системе газоотвода. Любое скопление жидкости в системе газоотвода препятствует свободному отводу паров. Оно может явиться причиной возникновения зарядов статического электричества на поверхности жидкости или вызвать чрезмерное повышение давления в системе газоотвода. Поэтому в нижних точках судовой системы газоотвода предусмотрены осушительные пробки или клапаны, которые необходимо периодически открывать во время погрузки с целью своевременного обнаружения жидкости в газоотводе.

Системы предотвращения загрязнений атмосферы

Загрязнения от вредных газов и паров

Обязательным условием, которое предъявляют порты к танкерам, – наличие систем, ограничивающих эмиссию паров груза с целью снижения во время грузовых операций выбросов летучих органических соединений.

В соответствии с Правилом 15 Прил. VI МАРПОЛ 73/78 на новых и существующих танкерах помимо системы сбора паров при проведении грузовых операций в портах и на терминалах требуется система контроля летучих органических соединений (VOC). Для поддержания давления в нефтяных танках ниже 0,14 бар VOC стравливаются в атмосферу через трубы из танков тяжёлого топлива.

Компания «MAN-B&W Diesel А/S» (Дания) предложила новую систему снижения выброса VOC, способствующую экономии топлива и сокращению эмиссии отходящих газов. Эта система сбора и хранения VOC разработана для газового двигателя высокого давления МС – GI, способствующего сгоранию VOC. В их состав входят такие углеводородные соединения, как метан, этан, пропан, нентан и др., которые выделяются в атмосферу при погрузке сырой нефти в заполненные ИГ грузовые танки судна. Брызги нефти, а также присутствие ИГ вызывают испарение легких фракций. Метан известен как продукт, способствующий созданию парникового эффекта, другие вступают в химическую реакцию с окислами азота при солнечном свете, образуя озон и смог над поверхностью Земли.

Читайте также: Загрязнение атмосферы

На современных судах VOC выделяются в атмосферу вместе с углеводородами и ИГ. При погрузке процентное содержание инертного газа меняется от 80 % в начале погрузки до 30 %, когда работы почти завершены. Содержание углеводородов в выбросах VOC также меняется в течение погрузочных работ и зависит от различия нефтяных месторождений и времени их разработки. Благодаря этой системе снижаются объем выхлопных газов двигателя и потребление тяжелого топлива (HFO).

Система переработки собирает и сохраняет неметаносодержащую часть VOC:

• пропан,
• бутан,
• и высшие углеводороды.

Эти газы (ИГ, метан и этан) сжижаются и отделяются от VOC, которые на данном этапе выбрасываются в атмосферу. На следующих этапах они могут утилизироваться и, накапливаясь в палубном герметичном танке, использоваться в качестве топлива для двигателя. Затем под высоким давлением они поступают в специально модифицированный двигатель, называемый двухтопливным, и впрыскиваются в камеру сгорания под давлением 400 бар сразу вслед за впрыском небольшого количества топлива. В этом случае СГ, являясь вспомогательным топливом, обеспечивают надежное стабильное горение. Специальные топливные клапаны для VOC приводятся в движение элементами электронного управления. При этом, несомненно, сокращаются расходы на топливо. Очищаются отходящие газы, в том числе снижается содержание SOx на 50 … 90 %, на 50 … 90 % уменьшается выделение фракций легкого и более летучего топлива, на 20 … 30 % сокращается выделение NOx, соответствующее более однородной смеси, незначительно сокращается выделение СO₂ благодаря более высокому соотношению углерода/водорода в новом топливе по сравнению с HFO. Например, в течение обычного рейса из Персидского залива танкер дедвейтом 300 тыс. т с грузом легкой сырой нефти может потерять до 0,6 % груза в виде VOC, что эквивалентно трехнедельному потреблению топлива. К числу необходимых изменений в конструкции дизеля следует отнести утолщение крышек цилиндра, определяемого дополнительным оборудованием для впрыска VOC, увеличивающим стоимость дизеля всего на 1 … 1,5 %.

Загрязнения атмосферы связаны с такими понятиями, как:

• кислотные дожди,
• озоновые дыры,
• парниковый эффект,

которые показывают степень их отрицательного воздействия на человека.

Содержание кислорода в атмосфере составляет 21 %, его уменьшение отрицательно влияет на процесс биологической жизни на Земле. Согласно требованиям Всемирной организации здравоохранения, средневзвешенное содержание озона в атмосфере не должно превышать 120 мг/м³. Осенью 1997 г. ИМО приняла Приложение VI к МАРПОЛ 73/78, являющееся первым международным документом по ограничению следующих видов загрязнения воздуха с судов:

• выбросу отработавших газов;
• эмиссии паров из грузовых танков, инсинераторов;
• низкокачественному топливу и озоноразрушающим веществам.

Рассмотрим более подробно каждый из них.

Выброс отработавших газов с загрязняющими веществами. Вводится повсеместно максимально допустимое содержание серы в топливе, равное 1,5 % (6,0 г/(кВт·ч) SOx), вместо 4,5 % в основном при эксплуатации судов в особых районах, к которым относится Балтийское море. Кроме того, на судне должна применяться система очистки выпускных газов с уровнем очистки от выбросов, не превышающем 6,0 г/(кВт·ч) SOx (действует начиная с 19 мая 2006 г.). Порядок снижения содержания NOx в отработавших газах изложен в комплексе правил, разработанных в виде специального технического кодекса, предусматривающего тестирование, сертификацию и последующую проверку тех двигателей, на которые распространяются эти правила (рис. 6).

Линия ограничивает предельные значения для новых дизелей по требованиям ИМО.

Судовые инсинераторы. Мусоросжигательные печи (рис. 7) должны соответствовать стандарту ИМО МЕРС 76(40). Кроме того, должны быть предусмотрены рекомендации по эксплуатации, запрещающие сжигание определенных материалов, выделяющих при горении токсические вещества.

В соответствии с Международной конвенцией МАРПОЛ 73/78 каждое судно должно иметь емкости (контейнер, полиэтиленовый или бумажный мешок) и устройства для утилизации мусора дроблением, резкой, гидропрессовкой. Так, Правило 16 Прил. VI содержит требования по обязательному оборудованию типовыми судовыми инсинераторами (применительно к инсинераторам до 1 500 кВт). Например, в судовых печах (инсинераторах) типа СП10, СП25 предусмотрено сжигание 10 и 25 кг/ч твердых отходов в СП50 до 50 кг/ч, типа ASW14025 (Дания) – до 100 кг/ч жидких и 50 кг/ч твёрдых отходов. В печах температура должна быть 800 … 1 000 °С и не ниже 750 °С для устранения неприятного запаха.

Низкокачественное топливо. Утилизационные парогенераторы, устанавливаемые на большинстве морских судов, являются хорошими глушителями шума и искрогасителями. Пучки труб снижают уровень шума высокой частоты, а расширительные камеры – низкой. Благодаря интенсивному охлаждению газов и столкновению горящих твердых частиц с поверхностями теплообмена, обеспечивается эффективное гашение и одновременно усиленное загрязнение атмосферы.

Озоноразрушающие вещества. Причиной образования окислов азота является высокая температура в камерах сгорания рабочих цилиндров. Окислы азота образуют кислотные дожди, разрушают озоновый слой, и образуют фотохимический смог. На судах применяют катализаторы для главных МОД (рис. 8) и главных СОД (рис. 9).

Для снижения содержания окислов азота в выпускных газах (ниже 17 ppm для МОД) применяют специальные компактные реакторы с использованием аммиачных составов.

Водный раствор мочевины (40 %) – безвредное вещество, применяемое в сельском хозяйстве, которое разлагает окислы в соответствии с уравнением:

Газы проходят через катализатор, где NOx превращаются в азот и кислород:

В конечном итоге получается следующий состав выпускных газов дизеля после катализатора:

• H₂O – 5 %;
• CO₂ – 5 %;
• O₂ – 13 %;
• N₂ – 76 %;
• остальное – окись углерода и углеводороды.

Автор статьи

Виктор Свиридов

Судовой механик

Список литературы

1. Азаров А. Промышленные вихревые трубы: производство, применение, развитие // Техномир, промышленный журнал. – 2007. – № 1.
2. Алмазов Г. К. [и др.]. Элементы оборудования систем / Г. К. Алмазов, B. В. Степанов, М. Г. Гуськов, 1982.
3. Антонов Н., Карасев П. А. О применении современных инженерных решений при компенсации температурных деформаций трубопроводов тепловых сетей // Теплоэнергоэффективные технологии. – 2007. – № 3-4.
4. Артёмов Г. А. [и др.]. Системы судовых энергетических установок / Г. А. Артёмов, В. П. Волошин, А. Я. Шквар, В. П. Шостак. – СПб.: Судострое­ние, 1990.
5. EapanefiKo А. В. [и др.]. Холодильные машины / А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев и др. – СПб.: Политехника, 2006.
6. Баранов В. И. [и др.]. Средства борьбы с загрязнением моря отходами с судов / В. И. Баранов, Ю. М. Брусельницкий, Б. В. Подсевалов, В. Н. Яценко // Судостроение за рубежом. – 1976. – № 2 (10).
7. Баскаков С. П. Подготовка грузовых танков на химовозах: учеб. пособие. – СПб.: ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2001.
8. Баскаков С. П. Системы газоотвода: учеб. пособие. – СПб., 2002.
9. Буренин В. В. Современные конструкции центробежных насосов для нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2005. – № 4.
10. Гор А. Ю. Качественная герметизация: основные принципы подбора и установки уплотнений // Теплоэнергоэффективные технологии. – 2007. – № 3-4.
11. Епифанов Б. С. Судовые системы: учебник. – J1 .: Судостроение, 1980.
12. Кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих химические вещества наливом. – London: IMO, 2000.
13. Колесников О. Г. Судовые вспомогательные механизмы. – Л.: Транспорт.
14. Костылев И. И., Денисенко Н. И., Петухов В. А. Безопасность эксплуатации технологического комплекса танкера: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Элмор, 2001.
15. Костылев И. И., Петухов В. А., Подволоцкий Н. М. Безопасность и эксплуатация танкеров-химовозов: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Белл, 2006.
16. Костылев И. И., Киязевский К. Ю., Петухов В. А. Судовая энергетическая установка атомного ледокола «Таймыр»: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Белл, 2004.
17. Куценко В. Н., Исаев С. И., Шишлов А. Н. Судовое вспомогательное энергетическое оборудование. – СПб., 2002.
18. Международная Конвенция МАРПОЛ 73/78: консолидир. изд. – 2002.
19. Международная Конвенция СОЛАС 74 с поправками: консолидир. изд. – 2001.
20. Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров и терминалов. – СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002.
21. Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров и терминалов. – 4-е изд. – СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 2004.
22. Международный кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих опасные химические грузы наливом. – СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 1997.
23. Мельник B. C., Сурин С. М. Технология обработки сточных вод морских судов. – М.: В/О «Мортехинформреклама», 1986.
24. Никитин А. М. Управление технической эксплуатацией судов: учебник. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006.
25. Нунунаров С. М., Бегагоен Т. Н. Грузовые и специальные системы танкеров. – М.: Транспорт, 1969.
26. Общие и специальные правила перевозки наливных грузов. – М., 1997.
27. Овсянников М. К., Петухов В. А. Дизель в пропульсивном комплексе морских судов: справочник. – СПб.: Судостроение, 1987.
28. Овсянников М. К., Петухов В. А. Судовые дизельные установки: справочник. – СПб.: Судостроение, 1986.
29. Овсянников М. К., Петухов В. А. Судовые автоматизированные энергетические установки: учебник. – М.: Транспорт, 1989.
30. Овчинников И. Н., Овчинников Е. И. Судовые системы и трубопроводы. – Л.: Судостроение, 1983.
31. Петров Ю. С. Вентиляция и кондиционирование воздуха: учебник. – Л.: Судостроение, 1984.
32. Петухов В. А. Безопасность и эксплуатация газовозов: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Элмор, 1999.
33. Правила регистрации операций с нефтью, нефтепродуктами и другими веществами, вредными для здоровья людей или для живых ресурсов моря, и их смесями, производимыми на судах и других плавучих средствах: РД 31.04.17-97.
34. Правила Российского морского регистра судоходства. – СПб., 2009.
35. Применко Н. В., Заматаев М. В. Новые технологии противоаварийной защиты трубопроводов // Нефть. Газ. Промышленность. – 2007. – № 2 (30).
36. РД 31.04.23-97. Наставление по предотвращению загрязнения с судов.
37. Свистунов В. М., Пушняков И. К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. – 2-е изд. – СПб.: Политехника, 2006.
38. Семена М. Г., Гершуни А. Н., Зарипов В. К. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. – Киев: Вища школа, 1984.
39. Системы инертного газа. СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ»,1996.
40. Тематический каталог группы предприятий «Метран» // Уровнемеры, датчики давления. – 2008. – № 5. – Вып. 1 и 2.
41. Хайдуков О. П., Трусов А. С., Кузнецов Е. В. Системы инертных газов на танкерах и их эксплуатация: учеб. пособие. – Новороссийск: НГМА , 2000.
42. Харин В. М. [и др.]. Судовые вспомогательные механизмы и системы / В. М. Харин, Б. Г. Декин, О. Н. Занько, В. Т. Писклов. – М.:, Транспорт, 1992.
43. Швецов Г. М., Ладин Н. В. Судовые холодильные установки. – М.: Транспорт, 1986.
44. Clean seas guide for oil tankers. – London: OC1MF, 2002.
45. Dr. Verwey. Tank Cleaning Guide, 1998.
46. Cargo Operating Manual. LNGC Excalibur (H 2206). – EXMAR, 2003.
47. Medical first aids guide for use in accidents involving dangerous goods. – London: IMO, 2002.
48. Tanker safety guide (Chemical carriers & liquefied gases). – London: ICS, 2002 .
49. Chemicals and Tank Cleaning Guide. – UNITOR, 1997.