Категории сайта

Замеры и подсчёт груза на газовозах

Работая с сжиженными смесями на судах-газовозах, необходимо уметь правильно производить подсчет количества груза на борту судна. Давление, температура груза и его уровень в танке определяются техническими возможностями измерительной аппаратуры, которые описаны ниже. В настоящее время большинство судов оборудо­ваны компьютерными системами и программами для подсчета количества груза на борту.

В данном материале опишем общие методы и способы определения объема химических смесей на борту судна, а также рассмотрим основные документы, необходимые для подтверждения количества груза после погрузки или перед выгрузкой.

Подсчет груза

Необходимая точность замеров давления, температуры груза и его уровня в танке, определяется техническими возможностями измерительной аппаратуры, условиями чартера, требованиями грузоотправителя и грузополучателя. Каждая крупная компания имеет свои собственные формы для подсчета количества груза на борту. Однако всегда требуется точность и аккуратность в производстве таких подсчетов. Многие грузовые помощники имеют свои собственные секреты в минимизации времени, затрачиваемом на производство таких подсчетов. В настоящее время большинство судов оборудованы компьютерными системами и программами для подсчета количества груза на борту.

Рассмотрим наиболее общие методы определения количества груза на борту судна.

Максимальный предел заполнения танка

Максимальный предел заполнения танка – объём жидкой фазы груза в танке в зависимости от температуры, плотности жидкости, установочного давления предохранительных клапанов и типа груза.

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

Для грузового помощника, работающего на судах, перевозящих грузы на судах полунапорного типа, важно понять, что нижнее установочное давление предохранительного клапана позволяет принять в танк наибольшее количество груза.

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

Запрещается производить изменение установочного давления срабатывания предохранительного клапана после окончания погрузки.

С другой стороны слишком низкое установочное давление срабатывания предохранительного клапана не должно использоваться с точки зрения экономии стояночного времени из-за очень длительного времени на погрузку теплых грузов, которые должны быть охлаждены до температуры, соответствующей установочному давлению.

После определения необходимого установочного давления, уже не имеет значения, теплый или холодный груз принимается на борт. Главное то, чтобы его давление насыщения находилось ниже MARVS (Maximum Allowed Relieve Valve Setting). Количество груза (масса) будет тем же самым в любом случае, если танк заполняется до максимально разрешенного предела.

Максимально разрешенный предел заполнения танка (Filling Limit) определяет соотношение:

FL = dмdс · 98 %

где:

Предел заполнения танка жидкостью всегда меньше или равен 98 %! На сколько он будет меньше 98 %, определяет фактическая температура груза.

Допустим, установочное давление предохранительного клапана на танке выставлено на 4 бара. Это означает, что предел заполнения танка пропаном при температуре -10 °С в этом случае будет 95,18 %, а давление в танке составит 2,44 бара.

Приведенная ниже таблица пределов заполнения танка для пропана, рассчитана по формуле для определения пределов заполнения танка с использованием термодинамических характеристик пропана.

Таблица 1. Примерный вид табличной формы пределов заполнения танка
Температура груза,
°С
Давление паров,
бар
Давление в танке,
бар
Плотность груза,
кг/м3
Предел заполнения танка, при 0,3 бар %Предел заполнения танка,
при 4 бар %
-42,091,0130,00580,9396,8188,77
-40,01,1100,10578,5097,2189,14
-36,041,3130,30573,8698,0089,86
-30,01,6770,66566,6891,00
-252,0341,02560,6391,98
-202,4451,43554,4893,00
-103,4552,44541,8295,18
04,7503,74528,6297,55
+1,775,0134,00526,2198,00

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

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

Первая причина, по которой не допускается заполнение танка более чем на 98 % заключается в том, что необходимо иметь достаточный объём газовой фазы в танке для обеспечения работы компрессорной установки и создания минимального давления всасывания на компрессорах. Если давление в танке будет низким, то компрессор «захлопнется» и прекратит работу. Дальнейшее же повышение температуры груза приведет в увеличению объёма жидкой фазы груза в танке, что еще более усложнит пуск компрессора. Одновременно, увеличение объёма жидкости может привести к заполнению жидкостью вентиляционной системы танка и попаданию груза на палубу. Вторая причина для 2 %-ного объёма газа в танке заключается в том, что если поверхность жидкости находится слишком близко ко всасывающему трубопроводу компрессора, существует вероятность попадания жидкости в систему компрессора, что в свою очередь приведет к гидравлическому удару и выходу компрессора из строя. Многие классификационные сообщества, такие как DNV, USCG, GL и др. одобряют предел заполнения танка в 98 % при том условии, что соотношение давление/температура в танке соответствует установочному давлению предохранительного клапана. Исключение составляет только транспортировка LNG в сферических танках, где предел заполнения танка обычно несколько больше 99 %, поскольку на судах этого типа отсутствует установка повторного сжижения и образующийся выпар газа используется для питания судовой силовой установки. Обычно на судах имеются уже рассчитанные пределы заполнения танков для различных грузов при различных температурах груза и для различных пределов установочного давления предохранительных клапанов, выполненные в графической или табличной форме.

Определение уровня груза в танке

Существующие мерительные устройства, установленные в грузовых танках для определения уровня груза, позволяют определить или расстояние между верхней точкой танка и поверхностью жидкости, т. е. пустое пространства танка (используется термин «Пустота» в английской терминологии – «Ullage»), или же расстояние от днища танка до поверхности жидкости, т. е. глубина (используется термин «Взлив» в английской терминологии – «Sounding»).

Определение уровня груза в грузовых танках должно производиться самым тщательным образом с учетом всех факторов, влияющих на показания мерительных устройств. Наиболее популярным мерительным устройством на газовозах, являются устройства поплавкового типа (рис. 1).

Определение уровня груза в танке под влиянием дифферента
Рис. 1 Влияние дифферента на показания поплавкового мерительного
устройства

Поскольку поплавковые мерительные устройства очень редко располагаются в центре танка, то в большинстве случаев, для того, чтобы определить действительный уровень груза в танке, необходимо учитывать поправки к уровню, возникающие вследствие крена и дифферента судна. На рисунках проиллюстрировано влияние крена (рис. 2) и дифферента судна (рис. 1) на показания поплавкового мерительного устройства.

Определение уровня груза в танке под влиянием крена
Рис. 2 Влияние крена на показания поплавкового мерительного устройства

Чем дальше от центра танка будет расположен поплавок, тем значительнее будет поправка к уровню.

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

Во-первых, поплавок изготавливается из нержавеющей стали и, следовательно, обладает некоторым весом. В зависимости от плотности груза будет меняться и плавучесть поплавка, то есть степень его погруженности. Обычно мерительное устройство поплавкового типа калибруется на определенную плотность груза (0,6 кг/л или 1,0 кг/л). Поправки к уровню на плотность груза (Buoyancy Correction или Float Correction) приводятся или в табличной форме (Таблица 2), или же в графической форме (Таблицы и графические приложения по специализированной подготовке персонала газовозасм. рис. Поправки к уровню за счет вертикального сжатия танка).

Таблица 2. Поправки к уровню за плотность груза
Диапазон плотностей,
кг/л
Поправка к уровню,
мм
0,4743-0,5020-9
0,5021-0,5332-8
0,5333-0,5686-7
0,5687-0,6090-6
0,6091-0,6556-5
0,6557-0,7100-4
0,7101-0,7741-3
0,7742-0,8510-2
0,8511-0,9448-1
0,9449-1,00000

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

Во-вторых, материалы, из которых изготовлены танк и мерительная лента, имеют свойство сжиматься под воздействием низких температур. Поэтому возникает необходимость использования дополнительных поправок к уровню – на сжатие мерительной ленты (Tape Shrinkage Correction) и на вертикальное сжатие танка (Correction for Tank Vertical Shrinkage). Такого вида поправки также приводятся или в графической форме, или же в табличной. (Таблица 3)

Таблица 3. Примерный вид таблицы поправок на сжатие мерительной ленты
Показания мерительного устройства (м)Поправка к уровню (мм)
Температура паров груза (ºС)
-46-44-42-40
83322
93332

 
Кроме поправок на вертикальное сжатие танка при расчетах объёма, занимаемого жидкостью или парами груза, следует учитывать объёмное сжатие танка (Volumetric Shrinkage Factor) вследствие воздействия низких температур. В статье “Специализированная подготовка персонала газовозов” приведена таблица для определения фактора объёмного сжатия танка по известной температуре. При определении объёма паровой фазы учитывается сжатие танка при температуре паров, а в жидкостной фазе – при температуре сжиженного газа.

Многие классификационные общества и сюрвейерские организации требуют производить определение уровня груза с точностью до 1 мм, а определение температуры с точностью до 0,1 °С.

Пример:

Произвести предварительные расчеты количества пропана, который необходимо погрузить при температуре -20 °С, обеспечивая полную грузовместимость судна и определить объём груза и взливы в каждом танке. Расчетный дифферент судна на отход – 1 метр на корму. Установочные давления для предохранительных клапанов – 0,3 бар и 4,0 бар.

Решение:

Для расчетов будем использовать мерительные таблицы, приведенные в статье “Специализированная подготовка персонала газовозов”.

  1. Используя таблицы термодинамических характеристик пропана, определим давление насыщенных паров пропана при заданной температуре (при -20 °С, давление насыщенных паров составит 2,4452 бара). Это давление соответствует манометрическому давлению газа в танке, в 1,44 бара. Следовательно, MAVRS должно быть выставлено на 4,0 бара перед началом погрузки.
  2. По соотношению
    FL = dмdс · 98 %

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

  3. установочное давление 4,0 бар
    атмосферное давление 1,013 бар
    давление насыщения 5,013 бар
    плотность пропана при 5,013 бара составляет 526,21 кг/м3
    плотность пропана при температуре -20 °С составит 554,48 кг/м3

    Подставляя эти значения получим:

    FL = dr · 98 %dl  = 526,21 кг/м3554,48 кг/м3 = 93 %
  4. Зная процентное значение предела заполнения танка, рассчитываем объём жидкой фазы груза в каждом из 4-х танков.
  5.  

    Таблица 4. Объём жидкой фазы груза в каждом из 4-х танков
    Номер танкаОбъём танка
    (100 %)
    Объём заполнения (93%)
    Танк №1828,340 м3 · 0,93770,356 м3
    Танк №2987,180 м3 · 0,93918,077 м3
    Танк №31060,220 м3 · 0,93986,005 м3
    Танк №41060,220 м3 · 0,93986,005 м3

     

  6. Из мерительных таблиц выбираем значение взливов груза в танках (с учетом поправки за поплавок и дифферент в 1 метр на корму).
  7.  

    Таблица 5. Значения взливов груза в танках
    Номер танкаОбъём заполнения Исправленный взлив
    Танк №1770,356 м38,395 м
    Танк №2918,077 м38,123 м
    Танк №3986,005 м38,109 м
    Танк №4986,005 м38,131 м

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

Расчет груза для продувки танков

Зачастую, для продувки танков терминал не может обеспечить подачу на борт судна паров груза, и груз поставляется на судно в сжиженном виде специальными грузовиками на отстойный причал или же по грузовому трубопроводу с терминала, после чего судно выходит в море, где и производит продувку и захолаживание танков. Поэтому возникает необходимость предварительных расчетов количества сжиженного газа, необходимого для продувки грузовых танков и их захолаживания перед погрузкой. Такие расчеты производятся с использованием уравнения состояния идеального газа, закона Авогадро (для приближенных расчетов) или же при помощи таблиц термодинамических характеристик перегретых паров груза (если они имеются в наличии).

Пример:

Перед погрузкой необходимо продуть атмосферу танка парами пропана. Температура атмосферы грузового танка перед продувкой составляет +15 °С. Определить количество сжиженного пропана (в м3), необходимое для продувки танка объёмом 3 000 м3, если терминал может поставить сжиженный пропан при температуре -41 °С.

Решение:

  1. Определим массу паров пропана, для замены атмосферы танка. Для вычислений будем использовать таблицы термодинамических параметров перегретых паров пропана (Таблицы и графические приложения по специализированной подготовке персонала газовоза см. таблицу «Термодинамические параметры пропана (перегретый пар)»). По графику находим плотность (ρ) перегретых паров пропана при температуре +15 °С и давлении 1 бар, 1,75 кг/м3. Зная объём танка и плотность паров, определяем их массу.
  2. m = ρ · V = 1,75 ·3 000 = 5 250 кг. 
  3. Для того, чтобы определить, сколько сжиженного пропана потребуется для замены атмосферы танка, из таблицы термодинамических характеристик пропана (Таблицы и графические приложения по специализированной подготовке персонала газовоза см. таблицу «Термодинамические параметры пропана») по температуре -41 °С выбираем значение плотности сжиженного пропана (ρж), равное 579,66 кг/м3:
  4. V = m : ρж = 5 250 : 579,66 = 9,057 м3

Подсчет погруженного груза

Количественной оценкой эффективности работы судна всегда служит количество перевезенного на борту груза.

Основным документом, подтверждающим количество груза на борту судна после погрузки или перед выгрузкой, является «Акт судовых замеров» (таблица 6, 7).

Таблица 6. Примерная форма акта судовых замеров
Tank No
Cargo grade
1100 % Tank Volumem3Из мерительных таблиц
2Temperature Liquid (average)°CЗамеры
3Sounding gaugemЗамеры
4Correction for densitymИз мерительных таблиц
5Trim CorrectionmИз мерительных таблиц
6List CorrectionmИз мерительных таблиц
7Correction for gauge shrinkagemИз мерительных таблиц
8Correction for vertical shrinkage of tankmИз мерительных таблиц
9Corrected soundingm= (3+4+5+6+7+8)
10Uncorrected tank Volumem3Из мерительных таблиц
11Shrinkage factorИз мерительных таблиц
12Corrected liquid volumem3= 10 · 11
13Volume reduction factor at 15 °CТаблицы ASTM 54
14Volume at 15 °Cm3= 12 · 13
15Density at 15 °Cт/m3Таблицы ASTM 21
16Liquid mass (in vacuum)т= 13 · 14
17Uncorrected Vapor Volumem3= 1 – 10
18Shrinkage factorИз мерительных таблиц
19Corrected vapor volumem3= 17 · 18
20Manometer PressurebarЗамеры
21Atmospheric PressurebarЗамеры
22Molecular Weight of Vaporkg/kmolРасчет
23Temperature Vapor°CЗамеры
24Vapor Mass (in vacuum)тФормула
25Total mass in tankт= 16 + 24

 

Таблица 7. Примерная форма акта судовых замеров
Cargo tank number
Total Capacity (m3)
V
A
P
O
U
R
P (Bar/Kg/m2) – Gauge
t vap. (°C)
Volume Product
Shrinkage factor
% of Product
Volume of Product at t vap.
ρ (Kg/m3) at t vap./P
Vapour Kg
L
I
Q
U
I
D

P
H
A
S
E

Temperature liq (°C)
Observed level (mm)
• Trim Correction
• Float Correction
• List Correction
• Tape Correction
• Other Correction
Corrected Level (mm)
Volume Product (m3)
Shrinkage Factor
Volume at t liq.
VCF (ASTM 54 – old)
V at 15 °C (m3)
ρ (Kg/m3) at t liq./15 °C
Liquid Kg
Total Kg
Draft: Fwd: ………………List: ………………………..
Aft: ………………Atm. Press.: ………………

 
На нефтяном танкере груз поступает в танк, в котором содержится инертный газ, полученный при помощи установки ИГ. Количество паров углеводородов, содержащихся в объёме танка весьма незначительно (по сравнению с общим количеством груза), поэтому масса паров не учитывается при подсчете груза. При погрузке сжиженных газов, свободное пространство грузового танка заполняется парами, которые образуются из самого груза при его испарении, поэтому при подсчете груза сжиженного газа, учитывается также и масса газовой фазы груза в танке (порой весьма значительный).

Поскольку при погрузке сжиженного газа в грузовом танке постоянно изменяется давление и температура груза, то после окончания погрузки равновесие между давлением насыщенных паров и их температурой наступит через некоторый промежуток времени. Говоря иными словами, давление в танке всегда будет или несколько выше или же ниже, чем давление насыщенных паров груза при данной температуре.

Плотность груза

Основными единицами для подсчета количества груза на борту судна являются его плотность и объём. Используются следующие термины и понятия при определении плотности:

Относительная плотность всегда дается с указанием температур, например R. D. 15/15, R. D. 20/4, R. D. 15/20, R. D. 60/60 F и т. д. Ниже приведена таблица истиной и реальной плотности воды при различных стандартных температурах (табл. 8).

Таблица 8. Истинная и реальная плотность воды
Температура
(°С)
Истинная плотность (кг/л)Реальная плотность (кг/л)
41,000000,99888
150,999130,99805
15,56 ( 60 F)0,999040,99796
200,998230,99717
250,997070,99604
500,988070,98702

 
Для пересчета относительной плотности в истинную плотность при определенной температуре необходимо значение относительной плотности умножить на значение плотности воды при указанной температуре.

Пример:

Определить истинную плотность пропана, если его относительная плотность в вакууме RD15/15 = 0,5013.

Решение:

Из таблицы 4 выбираем истинную плотность воды при температуре +15 °С dв = 0,99913 кг/л.

Умножим относительную плотность пропана на истинную плотность воды, в результате чего получим истинную плотность пропана при +15 °С.

0,5013 · 0,99913 = 0,50086 кг/л.

Таким же образом осуществляется пересчет реальной относительной плотности в реальную истинную плотность. Только заданное значение реальной относительной плотности необходимо умножать на значение реальной плотности воды при соответствующей температуре.

Способы подсчета груза

Масса является фундаментальной мерой для определения количества вещества. В международной системе мер и весов масса определяется в килограммах. Масса вещества не меняется с изменением состояния вещества или при изменении внешних условий. Определение количества груза может осуществляться путем расчетов или прямым взвешиванием (грузовиков, платформ, цистерн и пр.). Существуют общепринятые правила, согласно которым осуществляется подсчет груза большинством сюрвейерских организаций. При подсчетах используются строго определенные методики подсчета и переводные коэффициенты. Использование различных методик в подсчете груза сюрвейером и грузовым помощником может привести к расхождению в количестве груза на борту судна. При подсчете количества груза на борту судна необходимо соблюдать одно правило:

Все величины, используемые в расчетах (плотность и объём) должны быть определены при одной и той же температуре.

Для определения плотности жидкости в настоящее время используются следующие методы:

Определение веса груза в воздухе

Весом тела называют силу, с которой тело, вследствие его притяжения к Земле, действует на горизонтальную опору или подвес.

P = m · g

Поскольку на все тела, находящиеся в атмосфере Земли, действует выталкивающая сила Архимеда со стороны воздуха, то и вес тела, соответственно, будет меньше на величину выталкивающей силы воздуха. При стандартной процедуре вес тела определяется на основании сравнения весов уравновешивающий плечи весов стандартной массы (эталона) и массы данного тела с помощью рычажных или пружинных весов.

При подсчете количества сжиженных газов, погруженных на борт судна также используется понятие вес груза в воздухе, хотя в грузовом танке воздух отсутствует и груз поступает на борт «под пары».

Предположим, что имеется возможность произвести первоначальное взвешивание герметичной цистерны, заполненной парами груза с помощью рычажных весов и эталона. В таком случае определяется вес в воздухе цистерны и её содержимого (W1). После заполнения цистерны сжиженным газом, произведем повторное взвешивание, в результате которого опять определим общий вес в воздухе цистерны и её содержимого (W2). При заполнении цистерны сжиженным газом не происходит вытеснения воздуха грузом, поскольку весь объём цистерны был первоначально заполнен парами груза. Следовательно, разница весов цистерны до и после погрузки даст нам вес груза без учета воздействия Архимедовой силы со стороны воздуха. То есть разница в весе цистерны даст точное представление о массе погруженного груза. И это было бы так, если бы не воздействие Архимедовой силы на эталонный вес, уравновешивающий плечи весов.

В качестве эталона веса используется бронза с плотностью 8 000 кг/м3, плотность (ρ) воздуха при стандартных условиях (давлении 1 013 мбар и температуре +20 °С) составляет 1,2 кг/м3. Поэтому для уравновешивания взвешиваемого количества груза M, потребуется дополнительно некоторое количество эталонного веса для компенсации Архимедовой силы.

V = M8 000 кг/м3

Дополнительная масса эталона составит:

M = V · ρ = V · 1,2 = 0,00015 M (кг)

можно записать это выражение таким образом:

W1  W2 = M + 0,00015 M   или  M = 0,99985 (W1  W2)

Коэффициент 0,99985 является универсальным и не зависит от типа весов, использованных при взвешивании, количества груза, от соотношения жидкостной и паровой фазы груза или от используемых единиц измерения при подсчете. Величина 1,00015 · (ρ – 1,2) представляет собой переводной коэффициент между весом и объёмом (ρ – плотность груза). Этот коэффициент меняется в зависимости от плотности жидкости (таблица 9).

Таблица 9. Зависимость переводного коэффициента от плотности
ρ кг/м31,00015 · (ρ – 1,2)ρ – (1,00015 · (ρ – 1,2))
500498,871,125
600598,891,110
700698,901,095
800798,921,080
900898,931,065
1 000998,951,050
1 1001 098,961,035

 
Пересчет массы погруженного груза в вес в воздухе осуществляется с помощью переводных коэффициентов таблицы 10 – «56 ASTM».

Таблица 10. ASTM 56 (short table)
Density at 15 °C
(Kg/L)
Factor for converting Weight in Vacuo to Weight in AirDensity at 15 °C
(Kg/L)
Factor for converting Weight in Air to Weight in Vacuo
0,5000 to 0,51910,997750,5000 to 0,52011,00225
0,5192 to 0,54210,997850,5202 to 0,54321,00215
0,5422 to 0,56730,997950,5433 to 0,56841,00205
0,5674 to 0,59500,998050,5685 to 0,59601,00195
0,5951 to 0,62550,998150,5961 to 0,62651,00185
0,6256 to 0,65930,998250,6266 to 0,66031,00175
0,6594 to 0,69700,998350,6604 to 0,69801,00165
0,6971 to 0,73920,998450,6981 to 0,74021,00155
0,7393 to 0,78690,998550,7403 to 0,78791,00145
0,7870 to 0,84110,998650,7880 to 0,84211,00135
0,8412 to 0,90340,998750,8422 to 0,90441,00125
0,9035 to 0,97560,998850,9045 to 0,97661,00115
0,9757 to 1,06040,998950,9767 to 1,06141,00105
1,0605 to 1,10000,999051,0615 to 1,10001,00095

 
Детальная проверка таблиц ASTM 56 показывает, что переводные коэффициенты не следуют абсолютно точно вышеприведенным соотношениям, однако средняя величина для диапазона плотностей постоянна. Для получения плотности груза в воздухе при практических расчетах достаточно от величины стандартной плотности при +15 °С (кг/м3) вычесть величину 1,1. Погрешность при таких расчетах настолько мала, что ею можно пренебречь.

Для практических расчетов (в диапазоне плотностей от 0,5 кг/л до 0,7 кг/л) используется соотношение: плотность в воздухе = плотность в вакууме – 1,1 (кг/м3).

Определение общего количества груза в танке сводится к определению массы жидкой части груза и массы его газовой части. Сложность заключается в том, что эти массы должны быть определены при одинаковых условиях. На практике определение массы груза осуществляется двумя методами:

С научной точки зрения использование реальной плотности при подсчете массы не является правильным. Однако на практике, очень многие грузоотправители используют реальную плотность в своих расчетах.

Расчеты с использованием известной фактической плотности

Этот метод применяется в основном при перевозке чистых газов или продуктов с наличием незначительного количества примесей других газов в его составе. Точная плотность груза при данной температуре определяется терминалом на основании измерений фактической плотности груза в береговом резервуаре при помощи денсиметра. После чего плотность, определенная лабораторным путем, пересчитывается в плотность при стандартной температуре (15 °С, 20 °С и т. д.) или же рассчитываются поправки к плотности на каждый °С изменения температуры в зависимости от того, какая методика подсчета используется.

Рассчитанный объём груза при данной температуре умножаем на известное значение плотности при той же температуре и получаем массу груза. Масса же газовой части рассчитывается умножением откорректированного объёма газовой фазы на плотность перегретых паров газа, которая выбирается из графика «Плотность перегретых паров» или же из соответствующих таблиц. Этот метод применим в основном к таким газам, как аммиак, этилен, бутадиен и некоторым другим газам, которые не содержат примесей и для них могут быть произведены расчеты (графические или табличные) зависимости плотности и давления паров от температуры груза. Обычно отправитель предоставляет судну такие таблицы.

Метод ASTM D 1657

Для определения плотности используется специальный прибор, представляющий из себя стеклянный или пластиковый цилиндр, способный при температуре +15 °С выдерживать давление 15 бар. Внутри цилиндра располагается денсиметр. Жидкий газ закачивается в цилиндр через систему клапанов, после чего снимаются показания термометра и денсиметра. Плотность, определенную таким образом можно корректировать на заданную температуру, используя таблицы ASTM 53 В (для приведения полученной плотности к стандартной величине при +15 °С) или 23 В (для приведения плотности к стандартной величине относительной плотности при 60/60 F).

Метод ASTM D 2598

Основан на определении плотности смеси газов на основе их хромографического анализа. Хромографом определяется точный фракционный состав газа, после чего производится расчет процентного содержания в смеси каждого компонента и по формуле определяется относительная плотность каждого компонента и смеси в целом:

Relative Density (60/60 °F) = Σi=1nRelative Density (60/60 °F) compoundi · Ci100

где:

Ниже приведена таблица относительной плотности компонентов коммерческого пропана (табл. 11), который представляет из себя смесь целого ряда газов.

Таблица 11. Относительная плотность компонентов коммерческого пропана
КомпонентОтносительная плотность при 60/60 °F
Ethane0,35619
Propane0,50699
Propylene0,52095
n-Butane0,58401
i-Butane0,56287

 

Определение плотности по формуле Фрэнсиса

В общем случае плотность смеси углеводородов, находящихся при температуре кипения при атмосферном подсчитывается по формуле Фрэнсиса, которая определяет линейную зависимость плотности жидкости от её температуры. Правда использовать эту формулу можно только в нешироком диапазоне температур от +30 °С до -60 °С.

ρ = Σ xi MiΣ xi Vi

где:

Для температурного диапазона от +30 °С до -60 °С молярный объём определяется по формуле:

Vi = MiA  (B · t)  C : (E  t)

где:

Таблица констант формулы Фрэнсиса.

Таблица 12. Величины констант, используемых в формуле Фрэнсиса
КомпонентМолярный весКонстанты
АВСЕ
Ethane30,070499,00,996 00066
Propane44,0975750,976 000129
n-Butane58,124637,60,877 000186
i-Butane58,124616,20,976 000169
n-Pentane72,151676,20,877 000231
i-Pentane72,151666,60,886 000222

 
Самый простой способ рассчитать плотность смеси газов – предположить, что смесь идеальна. Это значит, что плотность определяется по массовым соотношениям молярных объёмов каждого компонента в отдельности. Метод ASTM D 2598 на таком предположении и основан, однако при таком расчете не принимается во внимание эффект смешивания различных молекул в жидкости. Когда LPG грузится в танк или выгружается из танка давление в танке будет или выше или же ниже давления насыщенных паров груза.

Таблица 13. Рекомендованные варианты подсчета для различных грузов
Density
Liquid
Saturated Vapour PressureVapour Density
Saturated
Critical Value
& MM
LPG (C4 mix)(1)(1)(2)(9)
Ethylene(3)(3)(3)(3)
Propylene(4)(4)(4)(4)
1,3-Butadiene(1)(1)(2)(9)
Ammonia(5)(5)(5)(5)
VCM(7)(8)(6)(7)

 

И как раз изменение плотности за счет изменения давления не учитывается в способе ASTM D 2 598.

Подсчет количества груза по уравнению COSTALD

Более сложный метод подсчета плотности жидкости называется Corresponding State of Liquid Density (сокращенно COSTALD). Этот способ применим как к расчетам плотности паров так и к жидкостям под давлением. Разница между значением плотности, замеренной гидрометром, и значением плотности, рассчитанной по этой формуле, не превышает 0,08 %. Поскольку формула COSTALD очень громоздка и сложна, расчеты осуществляются компьютерным способом. Нет надобности приводить эту формулу в данной статье, поскольку только сама формула и значения различных коэффициентов занимают 2 страницы машинописного текста.

Практически всегда в процессе подсчета количества груза возникает разница между количеством груза, погруженным на судно по судовым замерам и количеством груза, поступившем на судно из береговых емкостей (коносаментным количеством). Эта разница зависит от многих причин – и от точности измерения уровня жидкости и давления в береговых и судовых танках, и от длины берегового трубопровода (правильно ли учитывается его объём), и от способа подсчета груза и от многих других факторов.

Многие компании требуют вручения письма протеста на разницу между судовыми и береговыми замерами, если таковая составляет не менее 0,2 % от коносаментного количества, некоторые компании требуют вручать такое письмо при разнице не менее 0,5 %. Однако международные требования – 0,2 %.

В рассматриваемом ниже примере сравниваются результаты подсчета груза различными способами.

Пример:

Таблица 14. Акт судовых замеров, на основе таблиц ASTM 54
Pressure Hydrometer
(ASTM D 1 250)
From Composition
CostaldASTM D 2 598
Density at 15 °C
0,560 Kg/Litre
Liquid density at -38 °C:
0,6207 Kg/Litre
Relative density at 60/60
0,5557 Kg/Litre
Volume at -38 °C(*)
7 042 950 Litre
Volume at -38 °C (*)
7 042 950 Litre
Density at 15 °C
(ASTM 21)
0,5564
Volume at 15 °C
(ASTM 54)
7 789 503 Litre
Volume at -38 °C (*)
7 042 950 Litre
Volume at 15 °C
(ASTM 54)
7 789 503 Litre
Liquid mass (Kg)
4 362 122
Liquid mass (Kg)
4 371 559
Liquid mass (Kg)
4 334 079

 

Как можно видеть, даже способ подсчета дает существенную разницу в количестве груза на борту. Откорректированы за крен, дифферент и сжатие танкаx

Подсчет груза методом приведения объёма к стандартной температуре

Этот метод основан на использовании таблиц ASTM 54 (Акт судовых замеров на рис. 5). По откорректированному всеми поправками уровню груза из мерительных таблиц (Таблицы и графические приложения по специализированной подготовке персонала газовоза см. таблицу «Мерительная (гидростатическая) таблица грузового танка») выбирается объём жидкой фазы груза при фактической температуре. По заданной относительной плотности груза (15/15) из таблиц ASTM 21 (Таблицы и графические приложения по специализированной подготовке персонала газовоза см. таблицу «Specific Gravity to API Gravity and to Density»). По графику находим плотность (ρ) простым интерполированием между ближайшими по величине значениями выбираем истинную плотность груза при 15 °С. Поскольку точное значение массы груза можно получить используя значения плотности и объёма, определенные при одной и той же температуре, то возникает необходимость привести реальный объём жидкости в танке к стандартной температуре +15 °С. Для приведения объёма используются таблицы ASTM 54 (Volume Reduction Factor). Вход в таблицу осуществляется по значениям средней температуры груза и стандартной плотности при +15 °С. Интерполируя между ближайшими по значению величинами поправок, выбираем коэффициент приведения заданного объёма к стандартному объёму при +15 °С. Получив объём и плотность груза при стандартной температуре, определяем массу груза.

Расчет газовой фазы груза

Масса паров в грузовом танке определяется также как и масса жидкой фазы груза – произведением плотности на объём. Самое важное, что необходимо запомнить раз и навсегда, и плотность и объём должны быть определены для одного и того же значения температуры. Для подсчета плотности паров используется основное уравнение газов:

pV = nRT  или  pV = mMr · R · T

где:

Многие сюрвейерские организации для подсчета газовой фазы используют расчетное значение плотности газа:

ρ = 288,15273,15 + t °C · 1,01325 + pм (bar)1,01325 · Mr23,6451

эта формула верна для идеальных газов. Для реальных же газов, формула примет иной вид:

ρ = 288,15273,15 + t °C · 1,01325 + pм (bar)1,01325 · Mr23,6451 · 1Z

где:

Фактор сжатия является функцией от Pr и Tr, где:

Pr = Абсолютное давление паровАбсолютное критическое давление
Tr = Абсолютная температура паровАбсолютная критическая температура

В различных справочных пособиях значения фактора сжатия приводятся в графической форме в зависимости от температуры и давления.

Перевод процентных соотношений смесей в весовые или объёмные соотношения и наоборот

Очень часто грузоотправитель предоставляет только процентное или молярное соотношение компонентов в смеси газов (пропан, бутан, этан и т. д.). Для упрощения таких вычислений имеются специальные таблицы, значительно упрощающие такие расчеты – таблица 15.

Таблица 15. Операции с переводными коэффициентами
Известная величинаДействиеНомер колонки из таблицы (2)Искомая величина
Объём газаУмножить на1Вес
Объём газаУмножить на2Объём жидкости
ВесРазделить на1Объём газа
ВесРазделить на3Объём жидкости
Объём жидкостиРазделить на2Объём газа
Объём жидкостиУмножить на3Вес

 
Для того чтобы произвести точные расчеты давления и температуры смеси необходимо знать их весовое или объёмное соотношение – таблица 16.

Таблица 16. Переводные коэффициенты
Название компонентаКолонка 1Колонка 2Колонка 3
Молекулярный весОбъём жидкости в ml
при t 15,6 °С
(60 F) и 760 mm Hg
Относительная плотность при 60/60 F
Methane16,040,002260,30
Ethane30,070,0035660,3562
Ethylene28,050,00320,37
Propane44,100,0036750,5070
Propylene42,080,0034130,5210
Propadiene40,060,002820,600
Methylacetylene40,060,002730,621
n-Butane58,120,0042050,5840
i-Butane58,120,0043620,5629
1-Butene56,110,0039440,6011
trans-2-Butene56,110,0038870,6100
cis-2-Butene56,110,0037800,6272
1,2-Butadiene54,090,003470,658
1,3-Butadiene54,090,0036430,6272
Ethylacetylene54,090,003280,696
n-Pentane72,150,0048300,6311
i-Pentane72,150,0048790,6247
neo-Pentane72,150,0051080,5967
1-Pentene70,130,0045890,457
trans-2-Pentene70,130,0045370,6530
cis-2-Pentene70,130,0044820,6611
2-methyl-1-Butene70,130,0045190,6557
3-methyl-1-Butene70,130,0046840,6325
2-methyl-2-Butene70,130,004470,663
Cyclopentane70,130,0039480,7505
Isoprene68,120,0041950,6861
Открыть таблицу в новой вкладке

Пример:

Грузоотправитель предоставил процентное молярное соотношение газовой смеси, состоящей из метана, пропана и этана. Необходимо определить весовое соотношение (%) газов в смеси.

Таблица 17. Определение весового соотношения (%) газов в смеси
Компонент%-ный состав
(в молях)
Вид операцииКолонка 1Молярный состав
Метан33,3умножить16,04534,1
Этан33,3умножить30,071 001,3
Пропан33,4умножить44,091 472,6
Всего:100,0Всего:3 008,0

 
Коэффициент пересчета можно определить соотношением:

Коэффициент = 100,003 008,00 = 0,03324

Умножив коэффициент пересчета на молярный состав каждого компонента, получаем весовое соотношение каждого компонента в смеси:

Таблица 18.  Весовое соотношение каждого компонента в смеси
КомпонентМолярный составКоэффициентВесовое соотношение (%)
Метан534,1·0,03324=17,8
Этан1 001,3·0,03324=33,3
Пропан1 472,6·0,03324=48,9
Всего:100,0

 

Подсчет линейной скорости потока жидкости

Для предотвращения образования заряда статического электричества из-за свободного падения жидкости в танк и её разбрызгивания в начальный момент погрузки, необходимо обеспечить поступление груза с линейной скоростью потока не более чем 1 м/с. К сожалению, терминалы не оборудуются датчиками, фиксирующими линейную скорость потока. Все существующие динамические счетчики груза (Flowmeter) определяют лишь объёмные характеристики потока груза или же весовые. Поэтому определение объёмной или весовой интенсивности налива для грузов, аккумулирующих статическое электричество, лежит на грузовом помощнике. По международным требованиям, максимальная интенсивность налива, для такого рода грузов, также ограничена линейной скоростью потока в 7 м/с.

Расчеты объёмной скорости потока в трубопроводе по известной линейной его скорости весьма просты:

объём 1 погонного метра трубопровода · скорость потока · 3 600 = м3/час.

И, наоборот, зная интенсивность налива в объёмных единицах, можно легко определить линейную скорость потока:

м3/час : 3 600 : объём погонного метра трубопровода = скорость, м/с.

Существуют специальные таблицы для облегчения таких расчетов. Ниже приведена таблица объёмов одного погонного метра трубопровода в зависимости от диаметра.

Таблица 19. Объём погонного метра трубопровода в зависимости от его диаметра
Номинальный диаметр,
дюймы
Внутренний диаметр,
дюймы
Имп. Галлон
на фут
Амер. Галлон
на фут
Литр на метрБаррель на милю
22,0670,14510,17432,16522
2,52,4690,20710,24873,08931
33,0680,31980,35404,76948
44,0260,55070,66138,21383
66,0651,2501,50118,64189
88,0712,2132,65833,01334
1010,1923,5294,23852,63533
1212,0904,9665,96474,06749
1413,2505,9647,16388,96900
1615,2507,9019,489117,841 192
1817,25010,10912,140150,771 525
2019,25012,58915,119187,761 900
2423,25018,37022,062273,992 772

 

Грузовая документация

Перевозка любого груза на судах должна сопровождаться оформлением необходимого пакета коммерческой документации. При перевозке сжиженных газов такая документация должна включать:

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Январь, 10, 2023 102 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ