.
Все для туризма со скидкой 5% по промокоду 7DW9FA6V Посмотреть
Категории сайта

Архитектурно-конструктивные особенности судов-газовозов

Горючие газы имеют высокую теплотворную способность. Теплотворная способность метана, например, в 1,6 раза больше, чем каменного угля, и в 1,2 раза больше, чем нефти. Горючие газы составляют примерно 1/3 мировых запасов углеводородов, и расходуются они на получение почти 13 % потребляемой в мире энергии. В России удельный вес только природного газа в общем топливном балансе приближается к 30 %.

Свойства сжиженных газов. Классификация судов, предназначенных для их транспортировки

Свойства сжиженных газовСжиженный природный газ (СПГ) содержит в основном метан СН4 с примесью этана С2Н6 и некоторых попутных газов – азота N2, пропана С3Н8 и т. п., процентное содержание которых зависит от месторождения (табл. 1).

Таблица 1. Химический состав природного газа в зависимости от местонахождения
ГазМестонахождения (страна)
Слохтерен (Нидерланды)Локк (Франция)Кортемаджоре (Италия)Хасси (Сахара)ВенесуэлаСредний ВостокТехас (США)
Метан CH481,969,395,983,590,9

}

72,996,0
Этан C2H62,73,11,47,07,2
Пропан C3H80,381,10,42,01,8

}

20,0
Бутан C4H100,130,60,20,80,1
Пентан и высшие углеводороды0,080,70,10,40,1
Сернистый газ H2S15,2
Оксид углерода CO20,89,60,20,24,00,8
Азот N214,00,41,86,13,03,2
Открыть таблицу в новом окне

 
Как видно из приведенной таблицы, метан заметно преобладает над другими газами, которые часто выделяют из смеси в процессе сжижения.

Таким образом, Свойства сжиженных газов и особенности их перевозки на судах газовозахприродный газ, перевозимый морем, полностью состоит из метана. Поскольку условия его транспортировки резко отличаются от условий перевозки других газов, то суда, предназначенные для транспортировки СПГ — метановозы, являются узко специализированными.

Температура кипения метана при атмосферном давлении -163 °С, этана чуть выше: -104 °С, поэтому довольно редко строят суда для транспортировки этана — этановозы. Учитывая конъюнктуру фрахтового рынка, судовладельцы предпочитают перевозить этан на метановозах.

Нефтяные газы являются попутным продуктом добычи нефти. Они представляют собой смеси углеводородов: пропана С3Н8, бутана С4Н10 и др. и имеют самое разнообразное процентное соотношение между собой (табл. 2).

Таблица 2. Некоторые физические свойства газов
ГазОтносительная плотность по воздухуОтношение объемов в газообразном и жидком состоянииКритические параметрыТемпература кипения при атмосферном давлении, °CПлотность в жидком состоянии ρ, т/м3Нижний/верхний предел содержания газа во взрывоопасных смесях с воздухом, %Низшая теплота сгорания при атмосферном давлении и t = 15 °C
Температура t, °CДавление P, МПакДж/кгкДж/м3
Метан CH40,554585-82,54,58-161,30,4165,3/14,950 11633 494
Этилен C2H40,9754559,55,06-103,80,5663,2/34,047 14355 893
Этан C2H61,03840633,04,86-88,60,5463,2/12,547 31160 290
Пропан C3H81,52329596,64,34-42,20,5852,3/9511 09086 248
Изобутан C4H102,007229134,03,72-10,10,5821,8/8,445 636108 440
Бутан C4H102,007232152,03,57-0,50,6001,9/8,545 636108 440
Пентан C5H102,488195197,23,30-36,20,6371,4/7,845 468133 980
Пропилен C3H61,45032492,34,65-47,00,6092,2/9,745 80481 224
Бутилен C4H81,935250151,03,40+6,20,6361,7/9,045 301107 600
Бутадиен C4H61,870267161,84,26-4,50,6501,4/11,543 961
Винилхлорид C2H3158,4-13,40,9654,0/22,0
Аммиак NH30,597882132,411,15-33,40,68114,5/26,818 422
Открыть таблицу в новом окне

 
Сжиженные нефтяные газы (СНГ) определяются как смесь следующих углеводородов: пропана С3Н8, пропилена С3Н6, бутана С4Н10, изобутана С4Н10, бутилена С3Н8. Однако допускается при проектировании транспортных средств считать СНГ углеводородами, которые при атмосферном давлении имеют точку кипения в пределах между -50° и 0 °С. По температуре кипения к нефтяным газам близок аммиак NH3.

Суда-газовозы некоторых типов внешне весьма схожи с танкерами. Отличает их от последних высокий надводный борт и наличие в трюмном пространстве специальных резервуаров — грузовых танков, изготовляемых из хладостойкого материала с мощной наружной изоляцией. Перечисленные конструктивные особенности обусловлены свойствами грузов: относительной по сравнению с нефтью легкостью сжиженных газов, их низкой температурой; при соприкосновении с ними корпусные конструкции становятся хрупкими. Тепловая изоляция грузовых танков позволяет снизить потери груза, вызванные испарением, что повышает безопасность судна.

Для изготовления оболочек грузовых танков газовозов обычно используют весьма дорогостоящие сплавы — инвар (сплав железа с 36 % никеля), никелевую сталь (9 % никеля), хромоникелевую сталь (9 % никеля, 18 % хрома) или алюминиевые сплавы.

Конструктивно грузовые танки подразделяют на несколько типов: встроенные, вкладные, мембранные, полумембранные и грузовые танки с внутренней изоляцией. По существу, их можно представить двумя группами: грузовые танки первой группы воспринимают статические и динамические нагрузки и передают их в виде сосредоточенных усилий через фундаменты на корпусные конструкции; грузовые танки второй группы опираются на корпусные конструкции всей своей поверхностью.

Встроенные грузовые танки — неотъемлемая часть корпусных конструкций газовоза. Сжиженные газы, в таких танках принято перевозить при температуре не ниже -10°.

Вкладные грузовые танки являются автономными конструкциями и опираются на корпус посредством опор и фундаментов.

Мембранные танки формируются из листового или гофрированного инвара, толщина которого достигает иногда 0,7 мм, а изоляция, на которую опираются мембраны, выполняется из вспученного перлита, помещенного в фанерные ящики (блоки). Число таких блоков на судне грузовместимостью около 135 тыс. м3 может достигать 100 тыс. штук. Отдельные листы инвара соединяются контактной сваркой.

Полумембранные грузовые танки имеют форму параллелепипеда со скругленными углами и выполнены из алюминиевых безнаборных листовых конструкций. Такие танки опираются на корпусные конструкции только скругленными углами, за счет чего компенсируются и термические деформации.

Среди вкладных грузовых танков широкое распространение получили сферические. Диаметр их достигает 37-44 м, поэтому они почти на половину своего диаметра выступают над уровнем верхней палубы. Выполняют их безнаборными из алюминиевых сплавов. Толщина листов колеблется от 38 до 72 мм, экваториальный пояс достигает 195 мм. Такие танки имеют наружную изоляцию из полиуретана толщиной около 200 мм. На внешнюю поверхность наносят алюминиевую фольгу. Надпалубную часть танков закрывают стальными кожухами. Каждый танк сферического типа, масса которого в сборе достигает 680-700 т, опирается в экваториальной части на цилиндрический фундамент, установленный на втором дне.

Кроме того, вкладные танки на газовозах могут быть трубообразными, цилиндрическими, цилиндро-коническими, а также других форм, хорошо приспособленных к восприятию внутреннего давления. Если давление газа при его транспортировке незначительно, то применяют танки призматического типа.

При выборе конструкций газовозов различных типов проектировщики основываются на диаграмме температуры и давления пара различных газов (рис. 1).

Диаграмма температуры и давления пара
Рис. 1 Зависимость избыточного давления газов от температуры.
1 — метан; 2 — этилен; 3 — пропан; 4 — аммиак; 5 — бутан

Из диаграммы следует, что пропан и бутан при атмосферном давлении и температуре 20 °С могут сжижаться при умеренном повышении давления. То же самое можно сказать об аммиаке. Например, для сжижения пропана при температуре 20 °С необходимо давление, равное 0,74 МПа.

В смесях нефтяных газов допускается содержание небольшого количества этана (до 7 %); точка кипения такой смеси опускается до -52 °С. На этом основании иногда нижний температурный предел для нефтяных газов устанавливается равным -55 °С.

Грузовые операции на газовозах морского типаТранспортировка горючих газов морем предусматривает его сжижение, что позволяет уменьшить его объем в 200-600 раз. Сжижение газа проводится в районе добычи или погрузки на суда различными способами: повышением давления, глубоким охлаждением или комбинированным способом (охлаждением при повышенном давлении). Процесс сжижения позволяет одновременно разделить газ на составляющие фракции в зависимости от их критических параметров. Метан, этилен и этан из-за низких критических температур сжижают глубоким охлаждением и транспортируют при температуре, близкой точке кипения, и атмосферном давлении. Температура и давление при транспортировке остальных газов в зависимости от химического состава, условий хранения и транспортировки колеблются в значительных пределах. Например, транспортировка СНГ и аммиака возможна при нормальной температуре и высоком давлении (до 0,17 МПа), при пониженной температуре (до -52 °С) и атмосферном давлении, при несколько пониженной температуре (до -30 °С) и повышенном давлении (до 0,07-0,08 МПа).

В соответствии с перечисленными способами транспортировки сжиженных газов суда-газовозы принято подразделять на три группы: напорные, полурефрижераторные и рефрижераторные. Примерно на 30 % судов, перевозящих нефтяные газы, газ находится под давлением (напорные газовозы), на 40 % – глубоком охлаждении (рефрижераторные газовозы) и на 30 % судов – при пониженной температуре и повышенном давлении (полурефрижераторные).

Грузовместимость напорных газовозов, перевозящих сжиженные газы под давлением, обычно не превышает 10 тыс. м3, а сжиженных комбинированным способом – 40 тыс. м3. Грузовместимость рефрижераторных судов, перевозящих сжиженные газы при глубоком охлаждении, изменяется в широком диапазоне: от 2 до 133 тыс. м3. Сравнительно небольшая грузовместимость судов, перевозящих сжиженные газы под давлением, объясняется сложностью размещения танков, выполненных в виде сосудов давления, среди корпусных конструкций. Максимальное рабочее давление, на которое рассчитываются грузовые танки напорных газовозов, равно 1,75 МПа, что соответствует температуре транспортировки пропана, например, при 50 °С.

Как видно из диаграммы, приведенной на рис. 1, метан сохраняется в сжиженном состоянии только при низкой температуре, поэтому его транспортируют лишь при глубоком охлаждении и атмосферном давлении. Классификация морских газовозовМетановозы — газовозы рефрижераторного типа, одни из самых крупных судов, транспортирующих газы. Высокая грузовместимость метановозов обусловлена сложившейся партионностью груза, накапливаемого в береговых хранилищах, а также сравнительной легкостью сжиженного топлива. Плотность сжиженного метана составляет 0,47 т3, плотность нефтяных газов — около 0,6, аммиака – 0,7 т3. Для достижения требуемой грузовместимости у метановозов увеличивают высоту надводного борта. Одновременно с этим для компенсации потери начальной остойчивости увеличивают и ширину судна, контролируя отношение ширины к осадке, как условие, необходимое для обеспечения мореходности. Отношение ширины метановоза к его осадке – в пределах 3-4.

Наибольшей простотой отличаются конструкции газовозов напорного типа. Их грузосодержащие системы не нужно обслуживать на протяжении всего рейса, на судах такого типа отсутствуют теплоизоляция грузовых танков и трубопроводов, установки повторного сжижения. Однако коэффициент использования полезного объема корпуса этих газовозов низкий. Стремление повысить значение этого коэффициента привело к увеличению объема танков, которые теперь значительно выступают над верхней палубой. Путевые соединения трубопроводов, клапаны и прочее располагаются на куполах танков, здесь же устанавливается и контрольно-измерительная аппаратура. Грузовые танки напорных газовозов делают цилиндрической и трубообразной формы. При равном давлении трубообразные танки имеют меньшие толщины стенок, чем цилиндрические, а следовательно и меньшую массу, приходящуюся на единицу объема танков, они проще в изготовлении. Кроме того, при столкновении суда с трубообразными танками более безопасны, так как такие танки менее объемны, меньше площадь их возможного повреждения.

Разгрузка газовозов напорного типа осуществляется с помощью компрессора, отсасывающего пары газа из промежуточной цистерны. В результате возникающего перепада давлений между промежуточной цистерной и грузовым танком сжиженный газ перетекает в промежуточную цистерну. Из нее газ перекачивается грузовым насосом в разгрузочную магистраль. Пары груза, попавшие в компрессор, сжижаются и возвращаются в грузовой танк. Промежуточная цистерна объемом 10-15 м3 устанавливается так, чтобы ее выпускное отверстие возвышалось над всасывающим патрубком грузового насоса не менее чем на 1 м. Уровень сжиженного газа в этой цистерне поддерживается автоматическим регулятором, периодически включающим компрессор при повышении заданного уровня и выключающим насос при понижении. Если в составе грузовой системы напорного газовоза промежуточная цистерна не предусмотрена, то компрессор отсасывает газ из береговой емкости, сжижает его и нагнетает в грузовой танк. За счет повышения давления сжиженный газ из грузового танка поступает к грузовому насосу, а оттуда в разгрузочную магистраль.

Строительство газовозов полурефрижераторного типа началось в 1959 г. Физические свойства СПГ, подготовка к перевозке моремСжиженный газ на таких судах перевозится в грузовых танках, представляющих собой сосуды давления при температуре, которая несколько ниже температуры окружающей среды, но обычно не ниже -10 °С. Чем ниже температура транспортировки сжиженного газа, тем меньше давление в танках, обычно оно колеблется от 0,4 до 1,0 МПа. Критическая температура транспортируемых на полурефрижераторных газовозах газов обычно несколько выше температуры окружающей среды. Преимущества газовозов полурефрижераторного типа по сравнению с газовозами напорного типа — это меньшая масса грузовых танков и, следовательно, меньшая скорость транспортировки одного кубического метра сжиженного газа. При пониженной температуре перевозки сжиженных газов плотность увеличивается, что позволяет повысить грузоподъемность судна.

На газовозах полурефрижераторного типа грузовые танки делают плоскими, что способствует более рациональному использованию трюмного пространства судна. Экономичность газовозов полурефрижераторного типа, несмотря на необходимость теплоизоляции грузовых танков, установок повторного сжижения, выше других, если удается согласовать условия перевозки с требованиями, предъявляемыми к встроенным грузовым танкам.

Первые полурефрижераторные газовозы оборудовали грузовыми танками из углеродистых сталей, рассчитанных на диапазон пониженных температур до -5 или до -10 °С. На современных полурефрижераторных судах материал грузовых танков и их теплоизоляция допускают перевозку сжиженных газов в температурном режиме, приближающемся к режиму глубокого охлаждения (до -40 °С), т. е. к рефрижераторным газовозам. Это позволяет с наименьшими энергетическими затратами вести грузообработку судна в портах, так как в береговых хранилищах сжиженный газ содержат при температуре, близкой к температуре кипения. Ее осуществляют обычно с помощью погружных грузовых насосов, размещаемых по два в каждом грузовом танке. Путевые соединения, предохранительные клапаны и контрольно-измерительную аппаратуру располагают на куполах грузовых танков.

Довольно часто газовозы СНГ проектируют для транспортировки нескольких видов газов одновременно. В этом случае грузовые танки должны быть рассчитаны на условия транспортировки того вида газа, температура транспортировки которого наиболее низкая, а давление наиболее высокое. Кроме того, следует предусмотреть установки повторного сжижения нескольких сортов груза и разветвленную грузовую систему, способную вести грузообработку судна с учетом возможной несовместимости отдельных сортов газа, которая проявляется в их полимеризации.

Первый газовоз рефрижераторного типа, предназначенный для транспортировки СНГ, был построен в 1961 г. На сегодняшний день это — наиболее распространенный тип газовозов и наиболее перспективный. Большинство береговых хранилищ спроектировано из расчета хранения нефтяных и природных газов при температуре, близкой к температуре кипения, и нормальном давлении. В связи с этим целесообразно использовать суда, обеспечивающие перевозку СНГ и СПГ при таких же условиях.

Грузоподъемность газовозов рефрижераторного типа выше грузоподъемности напорных газовозов за счет разницы плотности сжиженного газа при температуре окружающей среды и температуре кипения при равной грузовместимости. Плотность пропана, например, при температуре 20 °С равна 0,5 т3, а при температуре -42 °С, соответствующей температуре транспортировки этого же газа на рефрижераторном газовозе, равна 0,579 т3. Именно эта разность плотностей приводит к увеличению грузоподъемности газовозов рефрижераторного типа почти на 16 % по сравнению с газовозами напорного типа.

Суда, предназначенные для транспортировки сжиженных газов под давлением, преобладали среди газовозов других типов до начала 60-х гг., т. е. до тех пор, пока не были разработаны надежные средства теплоизоляции грузовых танков, а также систем повторного сжижения судового исполнения.

Выгрузка груза с судна-газовоза рефрижераторного типаГрузовые танки газовозов рефрижераторного типа, предназначенных для транспортировки СНГ, рассчитываются на температуру -55 °С и незначительное избыточное давление, равное 0,025 МПа. Это избыточное давление исключает попадание атмосферного воздуха в грузовые танки при малейших нарушениях герметичности. Ввиду малости уровня избыточного давления грузовые танки могут быть призматического вкладного типа. Призматические вкладные грузовые танки выполняются или из алюминиевых сплавов, или из низкотемпературной стали с примесью никеля (до 2 %), или из низкотемпературной мелкозернистой термообработанной стали. Эти танки опираются через систему опор на корпусные конструкции так, чтобы исключалось их самопроизвольное перемещение при качке судна и одновременно с этим допускалось тепловое расширение его конструкции. Грузообработка рефрижераторных газовозов ведется обычно погружными насосами.

Требования, предъявляемые к судам для перевозки сжиженных газов

Перевозка газов морем таит в себе опасность пожара, взрыва, токсического воздействия на окружающую среду, коррозионного разрушения корпусных конструкций, а также опасности, сопряженные с низкой температурой и повышенным давлением груза. Поэтому в целях безопасности людей и защиты окружающей среды Регистр регламентирует проектные решения и конструктивные нормы по созданию судов, перевозящих сжиженные газы и некоторые опасные вещества наливом, например химически агрессивные среды.

Газовозы проектируются с учетом потенциальной опасности перевозимого груза в соответствии с рядом стандартов. Класс „Газовоз I” определяет перевожу грузов, представляющих наибольшую опасность для окружающей среды и всего живого. Такими грузами являются хлор, бромистый метил, двуоксид серы, оксид этилена. Класс „Газовоз II” определяет правила транспортировки менее опасных грузов, таких, как безводный аммиак, нефтяные газы (пропан, бутан и пр.), а также хлористый метил, хлористый винил, хлористый этил, этиламин, диметиламин, уксусный альдегид, смесь метилацетилена и пропадиена, метан, этилен и этан. Класс „Газовоз III” определяет условия транспортировки нетоксичных и невоспламеняющихся газов, таких, как азот, дихлордифторметан и т. п. При транспортировке нескольких видов груза удовлетворяются требования, предъявляемые к наиболее опасному из них.

В практике судостроения достаточно широко распространены комбинированные суда, приспособленные как для транспортировки сжиженных газов, так и химически активных сред. Такие суда должны отвечать не только требованиям, предъявляемым к газовозам, но и к химовозам. Суда, предназначенные для транспортировки химически активных сред, принято подразделять на три класса в зависимости от опасности, которой может быть подвергнут человек и окружающая его среда.

Наиболее агрессивные химические вещества перевозят на судах, отвечающих классу „Химовоз I”. К таким веществам относятся хлорсульфоновая кислота, диметиловый эфир, желтый или белый фосфор и пр. К классу „Химовоз II” относятся суда для транспортировки менее опасных веществ: уксусного ангидрида, ацетонитрила, аллилового спирта, аммония азотнокислого, анилина и пр., к классу „Химовоз III” – акриловой кислоты, аммиака водного (раствора, включающего до 28 % аммиака), креозота, бензола и его смесей. Химовозы, предназначенные для транспортировки нескольких грузов, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к совокупности свойств наиболее опасных из них.

Читайте также: Организация безаварийной эксплуатации танкера-газовоза

Грузовместимость одного танка для веществ класса „Химовоз I” не должна превышать 1 250 м3, класса „Химовоз II” – 3 000 м3. Вместимость грузовых емкостей химовозов типа „Химовоз III” неограничены.

При проектировании газовозов должна быть предусмотрена конструктивная защита груза. Различают три степени защиты. Жесткость требований к защите возрастает по мере роста опасности перевозимого груза. Прежде всего регламентируется тип газовоза („Газовоз I”- „Газовоз III”) в зависимости от вида перевозимого газа. Для наиболее опасных грузов определяется необходимость создания вкладных грузовых танков, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к сосудам давления, прочность которых рассчитывается с учетом амплитуд динамических напряжений. Обязательными являются регламентирование среды парового пространства внутри грузового танка с помощью инертного газа или сухого воздуха, установка системы обнаружения паров груза, а также измерительных устройств, позволяющих контролировать степень наполнения грузовых танков. Кроме того, в комплекс мер конструктивной защиты входят выбор конструкционных материалов, методов проверки трубопроводов и арматуры, ингибирование груза в случае его потенциально возможной полимеризации.

Конструктивной мерой защиты в случае повреждений, которые могут быть вызваны столкновением с другим судном, причальным сооружением, посадкой на мель и пр., является удаление грузовых танков от обшивки корпуса судна на некоторое расстояние. Принято считать, что пробоина распространена по всей его высоте на глубину 1/5B, где B – ширина судна или 11,5 м, смотря по тому, какая из величин меньше. Длину пробоины определяют по меньшей из величин: 1/3L2/3 или 14,5 м, где L – длина судна. Повреждение днища рассматривают на протяжении участка, измеряемого от сечения, лежащего на расстоянии 0,3L от носового перпендикуляра, до кормовой переборки машинного отделения (МО). Протяженность пробоины определяют так же, как при определении длины пробоины в бортовой части судна.

Ширину пробоины в днище выбирают по меньшей из величин B/6 или 10 м, где B – ширина судна; высоту пробоины измеряют в диаметральной плоскости (ДП) судна, ее размер выбирают по меньшей из величин: B/15 или 2 м и исчисляют от уровня основной плоскости (ОП). Размеры повреждений в любой другой части судна определяются также по меньшим из следующих величин; длину L/10 или 5 м, глубину из B/6 или 5 м, высоту — из B/15 м или 2 м.

Грузовые помещения и балластные цистерныГрузовые танки на газовозах располагают исходя из соображений безопасности в аварийных ситуациях, в соответствии с размерами предполагаемых пробоин, в результате которых может произойти бесконтрольный вылив груза, его испарение и воспламенение.

Грузовые танки должны располагаться на расстоянии не менее минимально допустимого для данного стандарта газовозов. Близость грузовых помещений к наружной обшивке зависит от степени опасности перевозимого груза. На газовозах и химовозах всех типов отстояние грузовых танков от ОП регламентируется меньшей из величин: B/15 или 2 м (рис. 2, а). На судах типа „Газовоз I” и „Химовоз I” грузовые танки должны отстоять от линии борта у ватерлинии на расстояние 1/5B или 11,5 м в зависимости от того, какая из величин меньше (рис. 2, б). В любой другой точке отстояние грузового танка от наружной обшивки не должно быть менее 760 мм. Это же расстояние должно отделять грузовые танки от теоретической линии борта на газовозах других типов.

 Схема размещения грузовых танков
Рис. 2 Схема размещения грузовых танков на газовозах и химовозах:
а — отстояние танка от ОП; б — отстояние танка от обшивки борта

Сточные колодцы грузовых танков, предназначенные для сбора остатков груза, могут иметь заглубление в междудонное пространство на 1/4 высоты вертикального киля, но не более чем на 350 мм. Это правило, справедливо для всех судов, кроме тех, которые отвечают требованиям, предъявляемым к судам типа “Газовоз I”, “Химовоз I”. Твердый балласт ни на газовозах, ни на химовозах не предусматривается, однако если его применение необходимо, то он должен быть уложен так, чтобы при повреждении междудонного пространства не оказывал воздействия на грузовые танки.

Конструкции креплений грузовых танков должны исключать их смещения под действием статических и динамических нагрузок. Опоры грузовых танков рассчитывают на статический угол крена судна 30°, а также на наиболее вероятное максимальное результирующее ускорение, определяемое с учетом поступательного и вращательного движения судна. Конструкции опор грузовых танков должны обеспечивать их прочность при столкновении судов. Конструкции креплений вкладных и по возможности мембранных и полумембранных грузовых танков должны исключать воздействие на их обшивку сосредоточенных инерционных усилий, возникающих вследствие качки судна. Кроме того, конструкции крепления вкладных грузовых танков должны предотвращать всплытие порожнего танка при затоплении трюмного пространства вокруг танка до уровня ватерлинии, соответствующей положению судна в полном грузу.

Это интересно: Аварийные процедуры на СПГ газовозах

Вторичный барьер грузового танка служит временной емкостью для жидкого груза в случае утечек его из танка. Протекший груз должен удерживаться от дальнейшего распространения в течение не менее 15 сут. таким образом, чтобы температура корпусных конструкций не понижалась на протяжении всего этого времени. Вторичный барьер должен отвечать своему назначению при углах крена судна до 30°. Установка вторичного барьера не предусматривается, если температура груза при атмосферном давлении не ниже -10 °С. Если температура сжиженного газа при атмосферном давлении не опускается ниже -55 °С, то вторичным барьером могут служить корпусные конструкции, выдерживающие столь низкие температуры. Конструкция такого барьера должна исключать перенапряжение материала корпуса суда, вызываемое термическими деформациями, которые возникают при попадании низкотемпературного груза в полость вторичного барьера.

Если корпус судна не является вторичным барьером, то требования к его конструкции зависят от типа грузовых танков. В зависимости от этого делают полный или частичный вторичный барьер или не предусматривают его вовсе. Материал вторичного барьера должен выдерживать температуру груза при атмосферном давлении, а конструкция быть такой, чтобы разрушение первичного барьера (оболочки грузового танка) не вызывало выход из строя вторичного барьера.

Для удаления небольших протечек груза из межбарьерного пространства предусматривают осушительную систему, обычно не связанную с МО. Если вторичный барьер отсутствует, то удалению подлежит сжиженный груз, протекающий в трюмное пространство.

На судах, перевозящих жидкие грузы при температуре ниже -10 °С, корпусные конструкции подлежат изолированию. Если они не рассчитаны на низкотемпературное воздействие груза, то теплоизоляция должна обеспечивать температуру корпусных конструкций судна не ниже допустимой рабочей температуры стали данной марки при расчетной температуре воды 0 °С и воздуха 5 °С. Расчетные температуры воды и воздуха могут быть изменены для судов, совершающих рейсы в ограниченных широтах, например в северных. Материал изоляции должен соответствовать нагрузкам, которым она может быть подвергнута от смежных корпусных конструкций и от конструкций грузовых танков. Изоляцию защищают от попадания водяных паров и от механических повреждений. При этом она должна быть совместимой с грузом, сопротивляться вибрации, быть огнестойкой и препятствовать распространению пламени. Толщину изоляции определяют в зависимости от системы регулирования температуры груза. Такими системами обычно являются Установка вторичного сжижения газа на судах-газовозах рефрижераторного типаустановки повторного сжижения; для этой же цели приспосабливают главную энергетическую установку к работе на испаряющемся газе. Теплоизолированию обычно подлежат корпусные конструкции в местах, где возможна частая разборка трубопроводной магистрали, арматуры, где расположены сальники насосов. Второе дно судна также защищается от возможного попадания на него сжиженного газа.

Трюмные помещения газовозов отделяют вторым дном на судах с температурой жидкого груза ниже -10 °С и вторым бортом при температуре груза ниже -55 °С. Конструкция внутреннего корпуса должна иметь возможность визуального осмотра, по крайней мере с одной стороны, без снятия каких-либо постоянных конструкций и оборудования. Палубы в местах раскрытия под грузовые емкости подлежат герметизации. Толщина обшивки внутреннего корпуса судов с мембранными грузовыми танками должна отвечать требованиям Регистра, принятым для диптанков с учетом внутреннего давления.

Отделение от грузовой зоны машинно-котельного отделения (МКО) газовоза, его жилых и служебных помещений, цепных ящиков, цистерн питьевой воды, воды для бытовых нужд, кладовых провизионных запасов осуществляется в зависимости от наличия вторичного барьера. Если грузовой танк не требуется отделять вторичным барьером, то указанные помещения защищают посредством коффердамов, топливных танков или при помощи газонепроницаемых огнестойких переборок типа А-60. Если в смежных помещениях отсутствует источник воспламенения, то допустимо использование переборок типа А-0.

Если груз перевозится в грузовых танках, требующих установки вторичного барьера, то упомянутые помещения, а также помещения, расположенные ниже трюмного пространства или вне его, которое содержит источник воспламенения или пожара, отделяются от грузовых посредством коффердамов или топливных танков. Если источник воспламенения отсутствует, то ограничиться можно установкой одной газонепроницаемой переборки типа А-0.

Насосные и компрессорные отделения размещают над открытой палубой и оборудуют устройствами для их осушения.

Грузовое устройство нефтяного танкераКонструкция и устройство грузовых танков, трюмных, компрессорных и других газоопасных помещений должны обеспечивать вход, осмотр и доступ ко всем клапанам персоналу с дыхательными аппаратами, а также вынос людей, потерявших сознание. Доступ в грузовые танки должен быть предусмотрен прямо с открытой палубы. Горизонтальные отверстия, люки, лазы не должны препятствовать спуску и подъему персонала в защитной одежде и с дыхательными аппаратами. Минимальные размеры вырезов (800 × 800 мм), обеспечивающих подход по длине и ширине помещения, должны быть на высоте не более 600 мм от днищевой обшивки, если отсутствуют решетчатые настилы или другие промежуточные поры. Доступ из служебных, свободных от газа помещений, в газоопасные предусматривается только через воздушные шлюзы. Если воздушный шлюз не предусматривается, то вход с открытой верхней палубы в газобезопасное помещение должен возвышаться над открытой палубой не менее чем на 2,4 м.

Воздушный шлюз предназначается для сообщения между газоопасным и газобезопасным помещениями. Он состоит из двух стальных газонепроницаемых самозакрывающихся без задерживающих устройств дверей. Недопустимо одновременное открытие дверей (об этом должна оповещать звуковая и световая аварийная сигнализации). Высота дверного комингса в шлюзах должна быть не менее 300 мм, а расстояния между дверьми – не более 2 м друг от друга.

Входы, воздухозаборники и другие отверстия в жилые помещения, служебные и посты управления (ПУ) не должны быть обращены к грузовым помещениям, носовым или кормовым погрузочно-разгрузочным устройствам. Входы и воздухозаборники размещаются на переборках надстроек и внешних сторонах рубок на расстоянии L/25, где L – длина судна, но не менее чем 3,05 м от внешней стороны рубки, обращенной к грузовым помещениям. Это расстояние не должно превышать 5 м.

Иллюминаторы, расположенные на бортовых переборках надстройки, в указанных пределах должны быть глухого типа. Иллюминаторы рулевой рубки могут быть открытого типа, если можно обеспечивать их быструю и надежную газонепроницаемость. Бортовые иллюминаторы, расположенные ниже уровня верхней палубы, а также иллюминаторы первого яруса надстройки должны быть только глухого типа.

Все воздухозаборники и отверстия в жилые, Служебные помещенияслужебные помещения и грузовые посты должны быть оборудованы закрывающимися устройствами. При транспортировке токсичных газов они должны открываться и закрываться изнутри помещения.

Ужесточаются требования к вторичным барьерам в случае ослабления требований к грузовым емкостям. Если температура корпуса судна в ходе эксплуатации не опускается ниже 0 °С, то корпус судна может быть набран в соответствии с нормами и правилами, предъявляемыми к судам, осуществляющим транспортировку других не низкотемпературных грузов.

Технология перевозок газов

Выбор транспортировки нефтяных газов зависит от целого ряда факторов, связанных не только с размерами и конструкцией самого судна, но и с условиями хранения сжиженного газа на берегу, в хранилищах, в местах погрузки и выгрузки. Береговые хранилища, как и газовозы, могут быть напорного, полурефрижераторного и рефрижераторного типов. Целесообразно, чтобы условия хранения сжиженного газа в портах погрузки, выгрузки и на борту газовоза были идентичными, т. е. рефрижераторные береговые хранилища должны обслуживать газовозы рефрижераторного типа, напорные хранилища — напорные газовозы и т. д.

Однако хранилища сжиженного газа в порту загрузки и в порту выгрузки могут оказаться разнотипными. Если береговые хранилища напорного типа, то, чтобы осуществить загрузку газовоза рефрижераторного или полурефрижераторного типа, необходимо с помощью береговой или судовой рефрижераторной установки привести температуру и давление сжиженного газа в соответствие с условиями перевозки на судне. Такая операция обычно вызывает значительное увеличение стояночного времени. Гораздо больше времени занимает приведение в соответствие условий транспортировки сжиженного газа, если предстоит загрузка газовоза напорного типа из береговых хранилищ рефрижераторного типа при температуре, близкой к температуре кипения, и атмосферном давлении. Следует заметить, что такие операции проводятся довольно редко, так как долгосрочные соглашения, на основе которых осуществляется поставка сжиженного груза, заключается между единицами транспортной системы с одинаковыми условиями хранения сжиженного газа.

Давление паров газа в грузовых танках на рефрижераторных и полурефрижераторных газовозах регулируется теплоизолированием грузовых танков и повторным сжижением испарившегося груза, либо теплоизолированием, повторным сжижением и охлаждением сжиженного газа, либо теплоизолированием и охлаждением сжиженного газа (табл. 3). Как видно из таблицы, на газовозах большой грузовместимости чаще поддерживают Свойства сжиженных газовдавление паров груза в грузовых танках с помощью теплоизоляции, охлаждения сжиженного газа и его повторного сжижения.

Таблица 3. Зависимость грузовместимости судов от способа транспортировки сжиженных газов
Грузовместимость судов, тыс. м3Количество судов, % (в зависимости от способа перевозки)
Под высоким давлениемС теплоизоляцией и установкой повторного сжиганияС охлаждением, изоляцией и установкой сжижения газаС охлаждением и теплоизоляцией
До 23070
2-5108010
5-10955
10-204060
20-409010
40-80955
Более 809010

 
Освоение месторождений горючих газов в труднодоступных районах на континентальном шельфе, а также освоение месторождений со сравнительно небольшими запасами привело к созданию плавучих заводов сжижения газов. Заводы сжижения природных газов строятся совместно с плавучими хранилищами в виде отдельных секций барж. Грузовместимость хранилищ колеблется от 165 до 200 тыс. м3, что позволяет разместить их на баржах длиной 140-150 м и шириной 40-45 м и осадкой около 10 м. Общая площадь плавучего завода вместе с хранилищами составит 200 × 85 м. Полное водоизмещение завода с хранилищами и с балластом – около 18 тыс. т. Плавучий завод СПГ может обслуживать примерно пять судов грузовместимостью 125 тыс. м3.

В целях соблюдения технологического режима транспортировки сжиженных газов грузовые танки газовозов оборудуют комплексом специальных систем. В качестве примера на рис. 3 приведена общая сеть трубопроводов различных систем метановоза с вкладными сферическими грузовыми танками. Подача сжиженного груза осуществляется через трубопровод 8. Удаляется газ из танка с помощью погружного насоса 10 и трубопровода 7. Зачистная грузовая система связана с грузовым танком трубопроводом 6. Отводится испарившийся газ из купола грузового танка через канал 3. По нему пары груза могут быть направлены к главной энергетической установке, к установке повторного сжижения или к генератору инертного газа. Грузовые операции на газовозахВыпуск газа из околотанкового пространства, который мог попасть в трюмное пространство вследствие незначительных протечек в грузовом танке, осуществляется через трубопровод 9.

Схема грузового танка LNG газовоза
Рис. 3 Оборудование грузового танка метановоза

Пространство вокруг грузового танка обычно заполнено инертным газом, подается он по трубопроводу 2, а избыток его отводится по каналу 1. Трубопроводы 4 и 5 предназначены для подачи в танк и распыления в нем сравнительно небольшого количества сжиженного газа. Груз распыляется в целях понижения температуры грузового танка при подготовке его к эксплуатации или непосредственно перед загрузкой судна.

Низкотемпературными свойствами перевозимых газовозами грузов обусловлена специфика подготовки грузовых танков к транспортным операциям. Для газовозов свойственно захолаживание грузовых танков перед вводом их в эксплуатацию и непосредственным приемом груза, а также поддержание пониженной температуры в грузовых танках во время балластных переходов. Эти процессы весьма энергоемки, и их рациональное осуществление значительно повышает экономичность перевозок сжиженных газов морским путем. Способы доведения температуры грузовых танков до уровня, при котором возможен прием груза на метановозах и судах для транспортировки СНГ, различаются между собой.

Грузовые танки метановозов захолаживаются примерно за сутки до начала грузовых операций. Тем самым предотвращается температурное перенапряжение конструкций грузовых танков, которое возможно при контакте с низкотемпературным грузом.
Охлаждение груза перед погрузкой в грузовые танкиЗахолаживание грузовых танков, находящихся в постоянной эксплуатации, осуществляется только распылением сжиженного газа внутри грузового танка. На метановозах природный газ подается примерно через 10-12 сопл, находящихся в верхней части грузового танка. Испаряющийся при распылении газ, попадая на внутреннюю поверхность грузового танка, охлаждает его. В течение первых двух-трех часов охлаждения танка распыление ведется с производительностью примерно 1 000 кг/ч. Затем производительность распыления возрастает в 5-6 раз. По истечении 14-18 часов температура грузового танка достигает -115 °С. При такой температуре возможна загрузка танков метаном. Сжиженный природный газ, необходимый для захолаживания грузовых танков, во время балластного перехода судна хранится в одном из них. Испарившийся при захолаживании грузовых танков газ подается через систему выходящих газов в главную энергетическую установку, где и сжигается.

Захолаживание вновь вводимого в эксплуатацию грузового танка метановоза начинается с трехкратного проветривания его и просушки. Для сушки грузовых танков в них подается воздух с точкой росы -25 °С. Танки считаются просушенными, если выходящий воздух имеет точку росы -20 °С. Затем сухой воздух вытесняется инертным газом с точкой росы -45 °С. Обработка грузовых танков считается законченной, если точка росы выходящего из танка инертного газа равна -40 °С. Перед захолаживанием грузовых танков их межбарьерное пространство обычно заполняется инертным газом. По мере понижения температуры грузового танка происходит сжатие инертного газа в межбарьерном пространстве, поэтому газ подается под незначительным избыточном давлением.

На судах, предназначенных для транспортировки СНГ, грузовые танки могут захолаживаться по одной из трех схем. Согласно первой из них захолаживание проводится подобно тому, как это происходит на метановозах. Отличие состоит лишь в том, что испарившийся при охлаждении грузовых танков газ повторно сжижается в судовой установке повторного сжижения. Согласно второй схеме захолаживание грузовых танков до нужной температуры осуществляется береговыми средствами. Это возможно и экономически оправдано, если протяженность рейса сравнительно невелика и стояночное время у погрузочного терминала возрастет незначительно. Третья схема захолаживания грузовых танков судов, перевозящих СНГ, представляет собой комбинацию первых двух. В море на подходе к береговым средствам погрузки захолаживается только часть грузовых танков, например первый и третий. Во время их загрузки в порту можно захолаживать остальные танки, например второй и четвертый. Такая схема позволяет уменьшить примерно вдвое количество сжиженного груза, оставляемого в балластном рейсе для охлаждения грузовых танков, а также снизить энергозатраты на повторное сжижение в судовых условиях.

При определении провозоспособности газовозов следует учитывать то, что при разгрузке пары груза заполняют пространство в грузовом танке, освобождаемое сжиженным газом. Таким образом, часть груза остается в парообразном состоянии. Еще какая-то часть груза должна быть оставлена для охлаждения грузовых танков во время балластного перехода. Количество сжиженного газа, необходимое для охлаждения грузовых танков судов, транспортирующих СНГ, во время балластного перехода регламентируется в пределах 5 % всего перевозимого груза.

Читайте также: Погрузка груза в грузовые танки СПГ газовоза

Количество сжиженного газа, необходимого на балластный переход метановоза, целесообразно определять в зависимости от температуры окружающей среды и продолжительности балластного перехода. Если температура окружающей среды (наружного воздуха, воды) Θн, то количество сжиженного метана, необходимого для доведения температуры грузовых танков вместимостью V, м3, до -115 °С, G = ρтcV н – (115 °С)]/r, где r – удельная теплота парообразования (для метана r = 510,8 кДж/кг); ρт, c – плотность и удельная теплоемкость охлаждаемых грузовых танков. Для метановоза вместимостью 125 тыс. м3, имеющего пять грузовых танков, необходимо распылить в них примерно 400 т сжиженного природного газа, чтобы температура грузовых танков понизилась с 20 до -115 °С.

Скорость крупных газовозов составляет обычно 18-20 уз. Объясняется это высокой стоимостью самих судов и перевозимого ими груза, а также стремлением снизить потери от испаряющегося газа, который приходится либо повторно сжижать, либо сжигать в энергетической установке. Количество испаряющегося метана составляет, например, 0,18-0,22 % в сутки. Зная скорость судна и протяженность рейса, такие потери установить нетрудно. Продолжительность некоторых основных линий транспортировки природных газов приведена в табл. 4. Здесь же указан и примерный объем перевозок газа.

Таблица 4. Объемы перевозок газа на основных судоходных линиях
ЛинияЕжегодный объем перевозок, млрд. м3Протяженность, миль
Алжир-Великобритания1,61 730
Алжир-Франция4,0400
Аляска-Япония1,83 300
Ливия-Испания1,11 050
Ливия-Италия3,0920
Калимантан-Япония16,02 430
Алжир-США20,73 300
Абу-Даби-Япония3,06 200
Индонезия-Япония10,0
Алжир-страны Западной Европы15,5400-1 840
Тринидад-США4,01 880
Венесуэла-США5,01 700
Иран-США7,012 500
Нигерия-США7,05 600
Индонезия-США10,010 200
Австралия-США5,05 000
*Приведенные данные относятся к 1990 году

 

Архитектурно-конструктивные типы газовозов и их основные характеристики

Общим для всех типов газовозов является кормовое расположение МО, а также разделение трюмных помещений и МО коффердамом или огнестойкой переборкой. Сущность и системы управления морским транспортомПосты управления (ПУ), жилые и служебные помещения на газовозах не принято располагать в пределах грузовой зоны.

В зависимости от водоизмещения газовозы подразделяют на три условные категории. При грузовместимости до 60 тыс. м3 газовозы считаются малыми, от 60 до 100 тыс. м3 – большими. Суда грузовместимостью свыше 100 тыс. м3 относят к супергазовозам. Подразделение судов для транспортировки сжиженных газов по грузовместимости неслучайно, поскольку транспортировка газа различной массы может быть осуществлена в грузовых танках одинакового объема. Плотность перевозимых газов значительно зависит от наличия примесей. Исходя из этого, основной характеристикой газовозов принято считать объем грузовых помещений.

Внешне газовозы схожи с танкерами. Исключение составляют суда с вкладными цилиндрическими, сферическими грузовыми танками, выступающими над уровнем верхней палубы (рис. 4).

Внешний вид газовоза
Рис. 4 Боковой вид (а) и вид сверху (б) газовоза со сферическими танками

Надстройка 1 рассматриваемого газовоза расположена, как и у всех газовозов, в корме. Каждый из шести вкладных сферических танков 2 опирается на цилиндрический фундамент 3. Грузовые танки 2 и их теплоизоляция снаружи закрыты кожухами 5, которые защищают ее от механических повреждений и от воздействия влаги. Часто форма кожухов сферическая или более удобная с технологической точки зрения — цилиндро-коническая. По всей длине судна, от кормовой надстройки до бака, поверх грузовых танков проходит переходной мостик 4. Он предназначен для передвижения экипажа к насосному и электромоторному отделениям 7, к площадке погрузочно-разгрузочных магистралей 6, к носовому наблюдательному посту 9 на вентиляционной колонне 10, а также на бак 11 судна. Вентиляционные колонны 8 устанавливаются у каждого грузового танка и предназначены для выброса паров груза в случае аварийного давления паров в грузовом танке.

Газовоз приведенного типа отличается не только внешне, но и по виду корпусных конструкций от других газовозов. Мидель-шпангоутное сечение корпуса газовоза со сферическими вкладными грузовыми танками показано на рис. 5. Бортовое перекрытие таких судов двойное. В верхней части располагается подпалубная цистерна 6. По высоте она незначительно превосходит ширину междубортного пространства. Междудонное пространство имеет неодинаковую высоту. У бортов междудонные конструкции переходят в скуловые цистерны 8, высота которых достигает 3-4 м. Форма и расположение листов 9 настила второго дна 7 такова, что можно было получить поверхность максимально приближенную к сферической поверхности грузового танка, используя при этом минимальное количество плоских секций.

Мидель-шпангоутное сечение
Рис. 5 Миделевое сечение корпуса газовоза со сферическими танками

Миделевое сечение газовоза со сферическими вкладными грузовыми танками характеризуется большим раскрытием верхней палубы. Суда с такими конструктивными особенностями плохо сопротивляются продольному кручению, возникающему при движении судна под углом к фронту волны. Конструктивной мерой повышения жесткости корпуса на скручивание является постановка ригелей 4 в плоскости поперечных переборок газовоза. Ригель 4 значительно расширяется к бортам судна, поскольку это позволяет повысить жесткость соединения ригеля с бортовыми перекрытиями. Боковые стенки ригеля слегка наклонены, на них в несколько ярусов устанавливается горизонтальный набор 2. В поперечном направлении ригеля ставят диафрагмы или бракеты 3. Поперечные переборки состоят из гофрированного участка 1, расположенного в средней части переборки и двух плоских наборных участков 5 у бортов. На наборных участках поперечных переборок балками главного направления являются вертикальные стойки.

Газовозы с призматическими, мембранными и полумембранными грузовыми танками мало чем отличаются внешне от обычных танкеров (рис. 6). Надстройка 2 с грузовым краном снабжения 1 таких газовозов располагается в корме судна, грузовые танки 3 не выступают над уровнем верхней палубы. Имеется переходной мостик 4, соединяющий кормовую надстройку судна с носовой частью судна. Насосное, компрессорное отделения и отделение электромоторов расположены в рубке 5 на верхней палубе. Вентиляционные колонны 8 устанавливаются над каждым газовым танком. Мачта 6 предназначена под грузовую стрелу 7, с помощью которой удерживаются грузовые трубопроводы, подаваемые с берега к грузовому коллектору 9.

Газовоз с призматическими грузовыми танками
Рис. 6 Боковой вид (а) и вид сверху (б) газовоза с призматическими грузовыми танками

Внутренние конструкции вкладных призматических грузовых танков подобны конструкциям грузового танка обычного нефтеналивного судна. Миделевое сечение газовоза с призматическими грузовыми танками показано на рис. 7. Корпус такого судна имеет двойное днищевое перекрытие с туннельным килем 13, днищевыми стрингерами 11. Имеются также скуловые и подпалубные цистерны 6. Система набора обычно продольная, иногда комбинированная, поскольку скуловые цистерны могут быть набраны по поперечной системе набора. Вкладной грузовой танк 16 имеет продольную переборку 15, располагаемую обычно в ДП судна. Опирается грузовой танк 16 на клиновые 14 и плоскостные опоры 10. На контактных поверхностях опор имеется теплоизоляция из бальзового дерева. Изоляция 12 между опорами выполнена из пенопласта или перлита, помещенного в фанерные ящики. Система набора грузовых призматических вкладных танков продольная. В промежутке между днищевыми продольными балками 17 устанавливается до трех стрингеров 9 с каждой стороны продольной переборки. В одной плоскости со стрингерами размещаются отбойные листы 7.

Миделевое сечение газовоза
Рис. 7 Миделевое сечение газовоза с призматическими грузовыми танками

Поперечные рамы призматического грузового танка формируются из флоров 1, рамных стоек 2 продольной переборки 15, рамных бимсов 3 и рамных шпангоутов 8. Плоскостные опоры грузовых танков призматического типа устанавливаются по бортам и в верхней части. Верхние опоры 5 имеют такую же конструкцию, как бортовые и днищевые; устанавливают их под бимсами 4. Бортовые опоры обычно стыкуются со шпангоутами борта, расположенными между рамными шпангоутами 8 грузового танка.

Предлагается к прочтению: Общие вопросы конструкции судов-газовозов

По внешним архитектурным признакам газовозы с полумембранными грузовыми танками трудно отличить от газовозов с призматическими танками. Поэтому целесообразно рассмотреть их миделевые сечения (рис. 8). Корпусные конструкции такого судна незначительно отличаются от корпусных конструкций газовоза с призматическими танками. Отличаются формы скуловой 7 и подпалубной 5 цистерн. Днищевое перекрытие с днищевыми стрингерами 8 и туннельным килем 9 набрано по продольной системе набора. Обшивка мембранного танка 1 имеет вафельную гофрировку. Плоские участки обшивки через изоляцию прилегают ко второму дну, борту, скуловым и подпалубным цистернам и к подпалубному набору. По такому же профилю выложена бальзовая трехслойная фанера 3, выполняющая функции вторичного барьера – емкости, предохраняющей попадание сжиженного груза на корпусные конструкции в случае повреждения мембранной оболочки грузового танка. Такой вторичный барьер выполняет роль теплоизоляции. Клинообразные стыки 2 обеспечивают непроницаемость за счет заливки их смолами, составленными на клеевой основе. Теплоизоляция 4 располагается в промежутке между вторичным барьером и вторым дном 10, между вторичным барьером и шпангоутами 6 и т. д. Термические нагрузки, приходящиеся на мембранную оболочку грузового танка, компенсируются гофрировкой.

Виды миделевых сечений
Рис. 8 Миделевое сечение газовоза с мембранными грузовыми танками

Справочные показатели для проектирования судового мидель-шпангоута. ПриложениеМидель-шпангоутное сечение газовоза с полумембранными танками показано на рис. 9. Оболочка такого танка 11 не имеет ни гофрировки, ни набора, опирается она скругленными углами на изоляцию 5, 8 и 13, выполненную из бальзового дерева. Из него же выполнен и вторичный барьер 14. Остальная изоляция 15 изготовляется из перлита. В составе корпусных конструкций – скуловые цистерны 5, подпалубные 6, межбортные цистерны 7, образованные двойными бортами. Система набора корпуса продольная.

Мидель-шпангоутное сечение газовоза
Рис. 9 Миделевое сечение газовоза с полумембранными грузовыми танками

Отличительной особенностью корпуса газовоза с полумембранными танками является часто применяемые двухпалубные перекрытия, состоящие из продольных подпалубных балок 2 и 3, а также из рамных бимсов 1, лежащих в одной плоскости с флорами 12. В состав перекрытия входят также усиленные подпалубные балки 4, которые устанавливаются в одной плоскости с днищевыми стрингерами 10. Низкотемпературное воздействие сжиженного газа на полумембранный грузовой танк компенсируется подвижностью скругленных соединений плоскостных частей танка при деформировании.

Конкурентноспособность универсальных судов на фрахтовом рынке обычно выше, чем узкоспециализированных. Универсализация судов позволяет использовать их при прямых и обратных рейсах. Это обстоятельство предопределило появление комбинированных судов газовозов-химовозов.

В качестве примера рассмотрим суда, предназначенные для транспортировки сжиженного аммиака плотностью 0,7 т3 (температура перевозки -33 °С) и ортофосфорной кислоты плотностью 2,0 т3 (температура перевозки на несколько десятков градусов выше температуры окружающей среды) (рис. 10). Такое Конструктивные типы транспортных судов и особенности проектирования их конструкцийкомбинированное судно может перевозить, например, в одном направлении 70 тыс. м3 аммиака, или 49 тыс. т, в другом направлении – 40 тыс. т кислоты. Аммиак транспортируется в призматических вкладных танках 1 из алюминиевого сплава. Ортофосфорной кислотой заполняются коффердамы 2, выполненные из высококачественной нержавеющей стали. Емкости для ортофосфорной кислоты могут быть выполнены и из обычной низколегированной стали, однако в этом случае требуется покрыть внутреннюю поверхность коффердамов вулканизационным каучуком.

Схема газовоза-химовоза
Рис. 10 Боковой вид (а) и вид сверху (б) газовоза-химовоза

Грузовые танки газовоза-химовоза, предназначенные для приема аммиака, вкладного призматического типа имеют два ряда опор в днищевой части, по одному ряду по бортам и на поперечных переборках. Пространство между корпусными конструкциями и обшивкой грузовых танков заполняется перлитом, служащим теплоизоляцией. Купола грузовых танков теплоизолируются стекловатой.

Грузообработка комбинированных судов, предназначенных для транспортировки сжиженных газов и химически активных сред, ведется обычно двумя независимыми грузовыми системами. Одна из них предназначена для перекачки сжиженного газа, другая – для перегрузки кислот. Часто такие системы могут работать одновременно, что позволяет и разгружать судно от сжиженного аммиака, и вести погрузку химически активной среды. Однако такая грузообработка возможна только при наличии специализированных причалов. Газовозы-химовозы предназначены для транспортировки кислот, щелочей, а также нефтяных газов – пропана, бутана и др. Газы обычно перевозят в танках рефрижераторного типа.

В связи с интенсивным освоением месторождений природных и нефтяных газов в арктических районах потребовалось создание специальных газовозов. Такие газовозы доставляют газы потребителям, самостоятельно продвигаясь во льдах, т. е. осуществляя круглогодичную навигацию. Суда преодолевают сплошные Управление судном при плавании во льдахледяные поля толщиной не менее 2,1 м.

Боковой вид одного из подобных судов приведен на рис. 11. На этом судне – четыре сферических грузовых танка 4 суммарной грузовместимостью 140 тыс. м3. Они размещаются в своеобразном по форме корпусе с ложкообразной носовой оконечностью 7 и носовым выступом 8. Для корпуса судна характерны также часто расставленные усиленные флоры 9 и ледовые зубья 1. Гребные винты регулируемого шага (ВРШ) помещены в насадке 10. Многоярусная кормовая надстройка 3 и носовой наблюдательный пост 6 связаны переходным мостиком 5. Для ведения ледовой разведки предусматривается вертолет 2. Судно снабжено пневмосмазочной системой, улучшающей проходимость во льдах. Предполагается, что круговой рейс такого судна продлится 33 дня в зимнее время, 16 суток летом.

Газовоз ледового плавания
Рис. 11 Боковой вид газовоза ледового плавания

Разработаны проекты газовозов с мембранными грузовыми танками. Некоторые специалисты считают, что такие танки менее восприимчивы к ударным нагрузкам, возникающим при движении газовоза во льдах, чем вкладные. Однако большинство зарубежных фирм, занятых разработкой и проектированием газовозов для ледовых условий плавания, отдают предпочтение вкладным сферическим грузовым танкам. Судно (рис. 12) имеет четыре сферических грузовых танка 5 общей вместимостью 140 тыс. м3. На газовозе две надстройки — кормовая 3 и носовая 6, соединенные между собой переходным мостиком 4, и две группы балластно-дифференциальных цистерн, носовые 7 и кормовые 2. Как и в предыдущем проекте, ВРШ помещены в насадки 1, в корме предусмотрена вертолетная площадка 8. Форма носовой оконечности выбрана из условия всхожести на лед. Предполагается, что длина такого газовоза составит 311 м, ширина в районе расширенного форштевня 51,6 м, осадка 12,5 м, высота борта 27 м. Диаметр сферических грузовых танков – 40,8 м. Предполагается, что носовая оконечность судна будет покрыта пластиковой футеровкой, имеющей очень малый коэффициент трения при контакте со льдом.

Газовоз для плавания в арктических широтах
Рис. 12 Боковой вид (а) и вид сверху (б) газовоза для плавания в арктических широтах

За рубежом прорабатываются проекты газовозов, способных доставлять сжиженные газы подледным путем. Для этих целей предполагается реализовать проекты подводных газовозов (рис. 13). Предполагается, что длина подводного газовоза с ядерной энергетической установкой достигнет 393 м, ширина 74,3, высота борта 28,6 м. Рабочая глубина погружения – 183 м, скорость 14,8 уз, полное водоизмещение 671 тыс. т. Грузовые цилиндрические танки 2 располагаются по ширине судна в три ряда. В прочном корпусе 1 в кормовой части подводного судна располагаются Энергетическая установка, системы и трубопроводы плавучей буровой установкиэнергетическая установка и ПУ судном. Подводный газовоз, движущийся подо льдом, должен обладать высокой маневренностью в вертикальной плоскости, поскольку ему придется двигаться между двумя жесткими экранами – льдом и грунтом. Для обеспечения маневренности подводного судна, плавающего подо льдами, его носовые горизонтальные рули 3 следует располагать непосредственно на носовом обтекателе.

Газовоз для подводного плавания
Рис. 13 Боковой вид (а) и вид сверху (б) газовоза для подводного плавания (проект)

Из обзора видно, что архитектурные типы газовозов довольно разнообразны, тем не менее общие тенденции развития судов этого класса хорошо прослеживаются. Очевидно, что главные размерения газовозов и их скорости определяются грузовместимостью. Чем больше грузовместимость W тем выше скорость v газовоза (рис. 14, а).

Главные размерения газовозов
Рис. 14 Зависимости скоростей (а) и длины, ширины, осадки и высоты борта (б) газовозов от их грузовместимости

Предельные значения скоростей составляют 20-22 уз. Зависимости длин газовозов между перпендикулярами L⊥⊥, шириной судов B, их осадкой T и высотой борта H в зависимости от грузовместимости W показана на рис. 14, б. Данные о главных размерениях судов и их скоростях приведены без выделения типа грузовых танков, поэтому предложенные зависимости можно использовать только для приближенных оценок.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Март, 14, 2022 1617 0
Добавить комментарий

Читайте также

Текст скопирован
Пометки
Избранные статьи
Loading

Здесь будут храниться статьи, сохраненные вами в "Избранном". Статьи сохраняются в cookie, поэтому не удаляйте их.

Статья добавлена в избранное! Перезагрузка...
Вставить формулу как
Блок
Строка
Дополнительные настройки
Цвет формулы
Цвет текста
#333333
Используйте LaTeX для набора формулы
Предпросмотр
\({}\)
Формула не набрана
Вставить