Концепция конструкции грузовой системы, определяет грузовые танки на судне и их количество, их расположение, форму и структуру их тепловой изоляции. Сюда относится расположение и конструкция балластных танков, коффердамов, трюмных пространств.
Очень важным моментом является система крепления грузовых танков.
Общие положения
IMO Ch.2 разделяет суда, перевозящие сжиженные газы на 3 группы – 1G, 2G ,3G. Критерии — Газовозы – Общий обзоррасположение танков и способность к выживанию при столкновении и посадке на мель.
При посадке на мель размеры повреждения вверх В/15 или 2 метра, что меньше по всей длине судна.
При столкновении размеры повреждения по длине 1/3 L 2/3 или 14,5 м, что меньше; по глубине В/5 или 11,5 м, что меньше; по высоте – без ограничений.
- Тип 1G – судно намеревающееся перевозить груз, который требует максимальных превентивных мер для предотвращения разлива этого груза;
- Тип 2G – судно намеревающееся перевозить груз, который требует значительных превентивных мер для предотвращения разлива этого груза;
- Тип 2PG – судно длиной 150 м и менее, намеревающееся перевозить груз, который требует значительных превентивных мер для предотвращения разлива груза и где груз перевозится в независимых танках типа С, при MARVS не менее 7 бар манометрических и грузовой системой, способной выдерживать температуру -55 ºС и выше. Суда с такими характеристиками, но более 150 метров длиной, считаются судами типа 2G;
- Тип 3G – судно намеривающееся перевозить груз, который требует умеренных превентивных мер для предотвращения разлива.
Принципы системы содержания груза
Встроенные танки – являются структурной частью корпуса судна и испытывают те же нагрузки, что и Корпус судна и предъявляемые к нему требованиякорпус судна.
Независимые танки – самоподдерживающие, не являющиеся частью корпуса. Конструкция танков зависит от расчетного максимального давления и минимальной температуры.
Мембранные танки – не самоподдерживающие, состоят из тонкой мембраны (0,5-1,2 мм), которая поддерживается через изоляцию, приспособленной к внутреннему корпусу. Термальные нагрузки компенсируются качеством металла мембраны (никель, сплавы алюминия).
Полумембранные танки – это мембранные танки с более толстой мембраной (до 3-5 мм) и скругленными углами.
Танки с внутренней изоляцией – не самоподдерживающие танки, состоящие из термоизоляционного материала, который способствует сдерживанию груза и поддерживается структурой приспособленной к внутреннему корпусу или независимому танку. Внутренняя поверхность изоляции соприкасается с грузом. Независимые танки делятся на три категории:
- Тип А – построенные в соответствии со стандартами установленными властями. В случае гравитационных танков с плоскими поверхностями, расчетное давление не должно превышать 0,7 бар;
- Тип В – построены в соответствии со специальными аналитическими расчетами для выдерживания напряжения, деформации и усталости металла;
- Тип С – для груза при температуре окружающей среды (давление рассчитывается по специальной формуле).
Вторичный барьер – необходим при перевозке грузов с температурой ниже -10 ºС. Вторичный барьер – это газонепроницаемая конструкция вокруг танка, предназначенная для временного сдерживания груза при утечке через первичный барьер в течение 15 суток при статическом крене 30 градусов.
В настоящее время для судов, перевозящих СПГ, применяются три основных вида грузовых танков — это сферический тип танка MOSS, мембранный тип системы Газ. Транспорт № 96, мембранный танк системы Технигаз Mark III. Разработана и внедряется система CS-1, которая является комбинацией вышеуказанных мембранных систем.
На диаграмме 1 приведены сравнительные характеристики различных типов танков.
Подробнее остановимся на системе Газ Транспорт № 96-2. Внутренний корпус интегрирован в систему поддержки и изоляции системы Газ Транспорт. Система состоит из тонкой, гибкой первичной мембраны, которая контактирует с грузом, слоем фанерных отсеков, наполненных перлитом – первичная изоляция. Далее идет вторая гибкая мембрана, такая же, как и первая, называемая вторичным барьером, за которой расположен второй слой фанерных отсеков с перлитом, называемый вторичной изоляцией и который контактирует с внутренним корпусом.
Двойная мембрана соответствует требованиям по системе содержания груза и обеспечивает двойной барьер в случае утечки груза. Вся система в целом обеспечивает передачу гидростатического давления через мембраны и изоляцию на внутренний корпус.
Предлагается к прочтению: Обозначение и расшифровка всех составляющих корпуса суднаНазначение мембраны предотвратить утечку, в то время как назначение изоляции поддерживает и передает нагрузку, одновременно минимизирует Транспортные характеристики грузовтеплообмен между грузом и внутренним корпусом. Вторая мембрана служит не только вторичным барьером, но и уменьшает конвекционные потоки внутри изоляции.
Пространства первичной и вторичной изоляции находятся под контролируемой азотной атмосферой (давление, наличие метана). Давление в пространстве первичной изоляции не должно превышать давление в грузовом танке во избежание выдавливания мембраны внутрь танка. При нормальных условиях давление азота в пространствах первичной и вторичной изоляции поддерживается в пределах 0,2–0,4 kPa.
Конструкция изоляции и барьеров
Первичный и вторичный барьеры идентичны и сделаны из криогенной ИНВАР стали толщиной 0,7 мм. Композитный состав ИНВАР стали:
Коэффициент температурного расширения = (1,5 +/- 0,5) 10 мм/гр. С между 0 ºС и -180 ºС, приблизительно в 10 раз меньше, чем нержавеющей стали AISI 304.
Тест на прокол при -196 ºС > 120 J/см2. КТР достаточно низок и можно использовать плоскую сталь вместо рифленой.
Внутренняя поверхность мембраны, таким образом, контактирует с поддерживающей изоляцией, что нагрузка, которую она может выдерживать, ограничена только величиной несущей нагрузки изоляции.
Первичное и вторичное изоляционные пространства заполнены расширенным перлитом и устроены таким образом, что разрешают свободную циркуляцию азота и следовательно процессы инертизации и дегазации не вызывают трудности.
Перлит делается из вулканических пород, которые при температуре 800 ºС трансформируются в маленькие шарики, диаметром от 0,5 до 0,05 мм. Пористая структура перлита делает его хорошим изоляционным материалом. Влага убирается при помощи силикона.
Изоляция расположена в двух особых зонах:
- Усиленная зона, расположенная в верхней части танка и покрывающая около 30 % общей высоты танка, включая его верх. Эта зона снабжена усиленным типом ячеек;
- Стандартная зона, занимающая приблизительно 70 % высоты танка, включая его днище. Эта зона снабжена обычным типом ячеек.
Усиление верхней зоны танка предпринято для избежания его повреждения из-за всплескивания груза внутри танка.
Толщина вторичной изоляции 300 мм, а первичной изоляции 230 мм. Такая толщина рассчитана исходя из расчета выкипания 0,15 % от всего объема танка в день.
Мембранная система
Для компенсации деформации корпуса судна, каждая стяжка в изоляционных пространствах снабжена некоторым количеством пружинистых шайб. Это количество зависит от места расположения крепления. Так около балластных танков их больше, так как деформация корпуса в этих зонах — наибольшая. Для компенсации температурных колебаний в стяжках ячеек, установлены фанерные прокладки. Для достижения гибкости, применяется эластичное соединение с пружинистыми шайбами (гроверы).
Из-за конструкции, первичный и вторичный барьер пересекаются в обоих направлениях, формируя квадратную трубу. Это сделано с расчетом облегчить процесс строительства, и крепится к двойному дну при помощи специального устройства. При такой системе крепления, мембраны напрямую соединены с внутренним корпусом, что позволяет принимать любое напряжение мембраны прямо и равномерно судовыми конструкциями.
Оборудование грузового танка
Паровой купол расположен, как правило, вблизи геометрического центра грузового танка. Каждый купол имеет:
- Систему подачи/отбора пара. Она необходима для подачи пара во время выгрузки, отбора пара из танка во время погрузки, а также для отбора пара во время перевозки груза;
- Линию распыла для охлаждения грузового танка перед погрузкой;
- Два клапана безопасности для избыточного давления и вакуумной защиты с установкой 24 кРа абс. и -1 кРа абс. вакуума. С вентиляцией на мачту;
- Устройство для сенсоров давления;
- Клапана безопасности для жидкостной линии.
В дополнение, каждый грузовой танк имеет жидкостной купол, расположенный возле ДП, в кормовой части танка. Жидкостной купол держит треножную мачту, сделанную из стали марки 304Л и опускающуюся в танк укрепленную на его дне при помощи скользящих несущих, позволяющих компенсировать ее термические изменения. Эта мачта состоит из основных выгрузных труб и колодца для аварийного насоса в виде треножника, к которому прикреплены трап и другие необходимые трубки, измерительные устройства и т. д.
В состав измерительных устройств входят Элементы автоматических систем суднатемпературные и уровневые датчики, независимые датчики сигнала высокого уровня и электрические кабеля для грузового насоса. Два главных грузовых насоса закреплены на площадке внизу треножника, в то время как зачистной/распылительный насос закреплен на башне поддержки насоса. Колодец мерительного устройства и линия погрузки также расположены в жидкостном куполе.
Все танки соединены между собой жидкостными, паровыми, зачистными/распылочными распределителями, расположенными на транковой палубе. Производство азота для заполнения изоляционных пространств и другие вспомогательные системы, связанные с грузовой системой, также расположены на транковой палубе вместе с пожарной и спринклерной системой.
Проблемы и неисправности
Система изоляции построена, из расчета поддерживать необходимое количество выкипаемого груза на установленном уровне, а также защищать внутренний корпус от низкой температуры. Если эта способность изоляционной системы будет нарушена, каким либо образом, в результате может понизиться температура внутреннего корпуса и образоваться пятно замерзания и повысится скорость выкипания. Излишек газа может быть выпущен через вентиляционную мачту. Температуру внутреннего корпуса необходимо поддерживать в установленных пределах во избежание хрупкого разлома.
Термопары распределены по поверхности внутреннего корпуса, но если холодное пятно не появится немедленно возле датчика, то они могут лишь давать общую информацию о температуре стали. Сегодня существует только один реальный метод обнаружения холодного пятна — как можно чаще осматривать балластные танки во время перехода в грузу.
Поэтому, внутренний корпус делается из различных сортов стали с учетом той минимальной температуры, которая может возникнуть в этом районе при повреждении первичной мембраны. При температуре воды и воздуха 0 ºС и повреждении первичного барьера, температура внутреннего корпуса будет около -8 ºС.
Для таких условий классификационные общества требуют следующее распределение сортов стали на внутреннем корпусе.
В дополнение к повреждению мембраны, может случиться повреждение изоляции. Это может привести к формированию льда на внутреннем корпусе, которое в свою очередь приведет к дальнейшему понижению температуры корпуса, так как лед хороший изолятор. Для ликвидации этого эффекта, все коффердамы снабжены системой подогрева, в которой используется гликоль. Она способна поддерживать температуру около 0 ºС в наихудших условиях. При обнаружении холодного пятна либо температурной системой, либо визуально — это должно быть обязательно документировано. Маленькие, локальные холодные пятна не очень опасны, если не происходит дальнейшего распространения, и требуется только постоянное наблюдение и документирование. Однако, если холодное пятно большое и стремительно распространяется, необходимо смывать его соленой забортной водой.
Если эта мера окажется не эффективной и будет осознано, что дальнейшая задержка выгрузки до прибытия в порт опасна для экипажа, судна и остального груза — принимается решение об аварийной выгрузке груза в море при помощи одного грузового насоса и насадки на манифолд.
Опасные районы и газоопасные зоны
Согласно МГК ММО, следующие районы считаются опасными.
Газоопасные пространства и зоны на открытой палубе в пределах 3 метров от любого выхода грузового танка, газового или парового выхода, фланца на грузовой трубе, клапана или отверстий, вентиляционных выходов в компрессорном отделении. Они также включают открытую палубу над грузовой зоной и 3 метра в нос и в корму от грузовой зоны на открытой палубе и на высоту 2,4 метра от открытой палубы, и зоны в пределах 2,4 метра пространства от системы содержания груза, где такие пространства открыты погоде. Вся Судовые системы и трубопроводытрубопроводная система и грузовые танки также считаются газоопасной зоной. В дополнение к этим зонам, код определяет и другие газоопасные зоны.
Районы вокруг путей в машинное отделение, в которых расположена газовая топливная линия — не считается газоопасной зоной.
Все электрическое оборудование, используемое в таких зонах, постоянное или переносное — должно быть сертифицировано как «безопасного типа оборудование». Это включает в себя конструктивно безопасное оборудование, взрывобезопасное оборудование и закрытое, под давление оборудование. Исключение из этого применяется только для зон, которые сертифицированы как газобезопасные зоны.
