.
Категории сайта

Максимальная интенсивность налива груза в танк газовоза

Максимальная скорость поступления груза в танк, при использовании системы отвода паров, для каждого отдельного танка или же группы танков определяется, прежде всего:

  1. Временем, необходимым для принятия мер по предотвращению переполнения танка;
  2. Пропускной способностью системы газоотвода;
  3. Падением давления в системе газоотвода.

На основании первых двух пунктов судостроительным заводом рассчитываются значения максимальной скорости налива для каждого танка. Третья составляющая (Контроль параметров газоотводной системы морского танкераперепад давления в системе газоотвода) должна быть рассчитана грузовым помощником для каждого конкретного случая погрузки.

Расчет максимальной скорости налива по времени реагирования

Расчет максимальной скорости погрузки на основании предела заполнения танка основывается на следующих параметрах:

  • сигнализации о переполнении танка срабатывает обычно на 98 % от объёма танка. То есть остается ещё 2 % объёма, который необходимо заполнить, прежде чем произойдет перелив груза из танка;
  • время, которое необходимо экипажу для принятия мер в случае срабатывания сигнализации о переполнении танка, не должно превышать 1 минуту.

Следовательно, максимальная скорость налива определится тем объёмом, который останется в самом маленьком танке после Морская сигнализация и связьсрабатывания системы сигнализации.

Допустим, что объём самого маленького танка на судне составляет 500 м3, тогда максимальная скорость налива с учетом времени реагирования экипажа составит:

(500·0,02)м3/мин·60мин=600 м3/час.

Расчет максимальной скорости налива по пропускной способности системы газоотвода

Такие расчеты должны быть произведены для каждого танка конкретного судна, в зависимости от диаметра газоотводной системы и с учетом плотности паров груза. Как и любой трубопровод, система газоотвода оказывает сопротивление движению в ней потока жидкости или газа. И чем выше интенсивность потока и плотность паров, тем выше будет давление в трубопроводе. Поскольку система газоотвода предназначена для защиты грузовых танков от переопрессовки или вакуумирования, то и при максимальной интенсивности налива, давление в танке не должно превышать допустимые пределы (обычно 80 % от конструктивного давления танка). Данные о максимальной интенсивности налива должны быть указаны в технической документации в виде таблицы или графиков (рис. 1). В примерах, рассматриваемых ниже, приведены расчеты для конкретного судна, на центральных танках которого установлена газоотводная система диаметром 5 дюймов, на бортовых танках – 4 дюйма, а на слоп-танках – 3 дюйма. Как можно видеть из таблицы, интенсивность налива уменьшается с уменьшением диаметра газоотвода и с увеличением плотности паров. Бортовые танки и слоп-танки обычно заполняются попарно, поэтому в таблице приведены значения максимальной скорости налива в зависимости от времени реагирования для двух бортовых танков и слоп-танков. При расчете максимальной скорости налива в зависимости от плотности паров груза, используются стандартные значения плотности:

  • По требованиям USCG используются значения относительной плотности паров: 1,00; 1,05; 1,50; 2,00; 3,15; 5,00 и 15,00;
  • По международным требованиям используются значения абсолютной плотности паров: 1,3; 2,7; 3,6; 5,608 кг/м3 максимальная интенсивность налива рассчитывается индивидуально для каждого танка или по группам танков, объединенных общей газоотводной системой.
Таблица 1. Максимальная интенсивность налива
Максимальная скорость налива, м3/час
Относительная плотность паров груза (плотность воздуха равна 1,0)Центральные танки (объём 1 100 м3)Бортовые танки (объём каждого 600 м3)Слоп танки (объём каждого 400 м3)
Максимальная скорость налива по времени реагирования (1 минута)1,0801,180915
1,00802739483
1,05775717472
1,50620582396
2,00528499344
3,15419398275
5,00338322219
15,00217204127

 

Интенсивность налива груза в танки
Рис. 1 График зависимости давления в газоотводе от интенсивности налива

Расчет интенсивности налива с использованием системы отвода паров

При погрузке по замкнутому циклу, т. е. с использованием береговой системы газоотвода, возникает опасность опрессовки грузовых танков, с последующим выбросом паров в атмосферу через газоотводную систему грузовых танков, или же их вакуумирования. Согласно международным требованиям все суда должны быть укомплектованы необходимой информацией и документацией по расчету, так называемого «максимального перепада давления» в системе газоотвода, значение которого не должно превышать 80 % от установочного давления предохранительных клапанов грузовых танков. Максимально допустимый перепад давления в системе отвода паров и определяет максимальную интенсивность поступления груза в грузовой танк.

Предлагается к прочтению: Расчет судовой электроэнергетической системы

Методика расчета максимальной скорости налива при использовании системы отвода паров по требованиям USCG приведена в публикации “Guidelines for Determine the Maximum Liquid Transfer Rate for a Flammable or Combustible Cargo using a Vapor Control System” (Руководство по расчету максимальной скорости перекачки взрывоопасных или воспламеняющихся жидкостей с использованием системы отвода паров), от 24 августа 1993 года. Резолюция ИМО, регламентирующая устройство и техническую эксплуатацию газоотводной системы, вообще не приводит методики ни расчета максимальной скорости налива, ни перепада давления в системе отвода паров. И поскольку USCG не требует от иностранных судов производить такие расчеты по их методике, более того, как будет показано ниже, внесистемные единицы, используемые USCG , неприемлемы для Европы, расчеты производятся на основании методик, одобренных национальными правилами.

Общие требования к методике расчетов перепада давления в системе отвода паров

Для большинства грузов, перевозимых на танкерах, эмиссия паров (интенсивность парообразования) составляет менее 125 % от интенсивности парообразования над поверхностью воды при той же самой температуре. Грузы, которые имеют высокую эмиссию паров, выделены в отдельный список. Для расчета эмиссии паров используется численное значение ИДП груза при температуре 46 °С. Эмиссия или скорость парообразования выражается в цифровом или процентном значении. Например 1,25 (или 125 %) означает, что в процессе погрузки в танке образуется паров в 1,25 раза больше, чем объем жидкости, поступившей в грузовой танк. Обе этих величины (плотность паров смеси и интенсивность парообразования) используются для расчетов перепада давления в системе газоотвода. Для каждого судна расчет производится индивидуально, основываясь на диаметре газоотводной системы, её конструкции, степени шероховатости внутренней поверхности трубопроводов и их протяженности, плотности паров грузов, разрешенных к перевозке на данном типе химовоза, коэффициенте парообразования груза, количестве танков, одновременно подлежащих погрузке. Загрязнение воздуха с судов и терминаловГазоотводная система должна предусматривать независимое подсоединение к системе контролируемого газоотвода, как одного танка, так и нескольких. Перепад давления при этом рассчитывается как для каждого танка отдельно, так и для общей газоотводной системы. Скорость налива может быть различной для каждой группы танков. Типовой расчет перепада давления в системе газоотвода включает в себя определение максимальной скорости налива для:

  • Центральных танков;
  • Бортовых танков;
  • Слоп-танков;
  • При использовании основного газоотвода;
  • Для каждого танка индивидуально.
Подключение грузовых танков к судовому газоотводу
Рис. 2 Примерная схема подключения грузовых танков к общей судовой системе контролируемого газоотвода

Поскольку невозможно определить точную конфигурацию танков на момент погрузки, расчет производится для наихудшего случая (наибольшего значения) перепада давления в каждой составляющей системы.

Рассмотрим отличия в рекомендованных методиках расчета перепада давления в системе отвода паров по требованиям USCG и Морского Регистра РФ на конкретных примерах.

Методика расчета перепада давления по требованиям USCG

Судовые системы и трубопроводыРасчет перепада давления в трубопроводе производится с использованием формулы Дарси:

Δρ=ρV22gfLD

где :

  • ∆p – перепад давления в газоотводе;
  • ρ – относительная плотность паров;

ρ=VMD·ρa;

  • VMD (Vapor Mixture Density) – относительная плотность паровоздушной смеси;
  • ρa – плотность воздуха;
  • V – линейная скорость поступления жидкости в танк;

V=q/A;

  • q – интенсивность поступления паров в газоотвод м3;

q=(1+VGR)·qL;

  • VGR (Vapor Growth Rate) – интенсивность парообразования;

VGR=+0,25(ρS/12,5);

  • рS – давление насыщенных паров груза при +46 °С, psi;
  • qL – интенсивность налива жидкости в танк, м3/час;
  • А – площадь поперечного сечения газоотвода;

А=π·D2/4;

  • D – внутренний диаметр газоотвода;
  • L – длина газоотвода;
  • f – коэффициент трения газ-трубопровод;
  • g – ускорение свободного падения;

Подставляя вышеуказанные параметры в уравнение Дарси, получим:

Δρ=VMDρα(1+VGR)2(qL)22gA2fLD

или же:

Δρ=VMD(1+VGR)28ρα(qL)2fLgπ2D5

Как можно видеть из уравнения, последний его множитель (плотность воздуха, Наливные грузыскорость налива, длина и диаметр трубопровода и т. д.) останутся неизменными для данного груза. Падение давления в трубопроводе будет изменяться при изменении плотности паровоздушной смеси и интенсивности парообразования. Для грузов, имеющих коэффициент парообразования больше 125 %, составлена специальная таблица поправок для расчета перепада давления в газоотводе.

Для грузов, перечисленных в данной таблице, при определении интенсивности налива в каждый отдельный танк, вход в таблицы зависимости перепада давления в газоотводе от интенсивности налива, необходимо осуществлять по произведению интенсивности налива в каждый отдельный танк на соответствующий коэффициент.

Например, при погрузке Propylene Oxide при общей интенсивности налива 600 м3/час и с предполагаемой интенсивностью 150 м3/час в каждый центральный танк, вход в таблицу 4 производится:

  1. по вертикали – по значению 600;
  2. по горизонтали – 150 × 1,15 = 172, ближайшее большее табличное значение составляет 200;
  3. на пересечении строки, соответствующей значению 200 и столбца – 600, выбираем перепад давления в системе газоотвода каждого танка, равный 0,10 бар.
Таблица 2. Коэффициенты для расчета интенсивности налива в отдельный танк для грузов с высокой интенсивностью парообразования
Cargoes with a high vapor growth rate
Cargoes nameCHRIS CodeCorrection factor
Ammoniun sulphide solution (45 % or less)ASS1,07
Tert-ButylaminBUA1,04
CyclopentaneCYP1,01
Cyclopentene1,08
1,6 – Dichlorohexane1,10
DichloromethaneDCM1,10
Dimethyl SulphideDSL1,12
Dimethylamine solution 50 %DMY1,05
Ethyl MercaptanEMC1,06
EthylamineEAM1,45
Ethylamine solution 72 % or lessEAN1,05
IsopentaneIPT1,22
IsopreneIPR1,15
IsopropylamineIPP1,17
Methyl FormalMTF1,06
Methyl FormateMTA1,22
Methylamine solution 42 % or lessMTA1,01
NeohexaneNHX1,01
1,3 – PentadienePDE1,07
Iso-PentaneIPT1,23
Pentane (all isomers)PTA1,14
1 – PentenePTE1,20
Pentene (mixtures)PTX1,15
PropionaldehydePAD1,02
PropylaminePRA1,03
Iso-PropylamineIPP1,17
Propylene OxidePOX1,15
Vinyl Ethyl EtherVEE1,12

 
Пример: Судно планирует погрузку Butyl Acetate в танки 1 л/б, 2 Центр и 7 пр/б. Для отвода паров из танков используются разные системы газоотвода.

В соответствующей ячейке таблицы 3 находим, что интенсивность парообразования (VGR) для Butyl Acetate, составляет 102 %, следовательно, этот груз не является грузом с “Высокой интенсивностью парообразования», в той же строке таблицы выбираем значение относительной плотности паров груза (2,07), по которому из таблицы 1, в строке, соответствующей ближайшему большему значению относительной плотности паров груза (3,15) выбираем максимальную Грузовые операции на СПГ газовозахскорость погрузки для каждого танка:

  • 1 л/б (бортовой танк) = 398 м3/час;
  • 2 Ц (центральный танк) = 419 м3/час;
  • 7 пр/б (слоп танк) = 275 м3/час.
Таблица 3. Список грузов, требующих отвода паров (VAPOR CONTRО CARGO LIST)
Cargo name (per CHRIS Code or IBC)CHRIS CodeUN No.Molecular WeightLiquid relative densityVapor relative densityVapor pressure at 114 F, psiaVapor Viscosity c. p.Vapor Growth Rate, %Vapor Mixture density at 2 psiVapor Mixture density at 3 psiBoiling point, °C
Acetic acidAAC2 790601,052,070,920,00921021,061,06118
AcetoneACT1 090580,792,0010,000,00901201,601,5756,7
AcrylonitrileACN1 093520,811,795,000,00961101,241,2277,0
AnilineANL1 547931,023,220,040,00711001,011,01184
BenzeneBNZ1 114780,882,804,500,00791091,491,4680
Benzene, Toluene, Xylene mixtureBTX1220,842,807,300,00751151,791,7480
n-Butyl AcetateBCN1 1231160,884,000,800,00741021,141,14127
Iso-Butyl AcetateIBA1160,874,000,600,00711011,111,10118
Caustic sodaCSS1 824401,531,381,470,00801031,031,03198
1,2 – DichlorethyleneDEL971,273,3411,190,01041222,572,4860
Diethylene glycolDEG1061,123,660,000,00741001,001,00244
Ethyl acrylateEAC1000,933,502,000,00741041,301,2899
2-Ethyl HexanolEHX1300,834,500,010,01001001,001,00183
Casoline, motorGAT990,743,4012,500,00721252,802,7060
n-HexaneHXA860,663,007,000,00681141,841,7969
IsоpreneIPR680,692,3521,760,00771442,352,3534
Jet Fuels (JP-1)JPO860,793,002,450,00731051,291,2892,5
PentanePTA1 265720,632,4821,000,00741422,482,4836

 
Таким образом определяется максимальная скорость налива в каждый танк, однако суммарная скорость погрузки для каждого груза может быть снижена в зависимости от перепада давления в общей системе газоотвода. Максимальная скорость выгрузки каждого танка также рассчитывается в зависимости от пропускной способности газоотводной системы каждого танка и плотности смеси паров груза с воздухом. Но скорость выгрузки определяется ещё и максимальной производительностью грузовых насосов.

Пример 2: В грузовые танки № 1 Ц и 2 л/б предполагается принять груз Acetic Acid. Поскольку пары груза обладают высокой токсичностью (вызывают отек легких даже при незначительных концентрациях паров в атмосфере), погрузка осуществляется закрытым способом с отводом паров в береговой газоотвод. По заявлению представителей терминала они могут обеспечить налив с интенсивностью не более 600 м3/час, в береговом газоотводе поддерживается избыточное давление в 34 миллибара.

Читайте также: Концепция конструкции грузовой системы морских газовозов

Необходимо рассчитать максимальную интенсивность налива груза в каждый танк.

1 Определяем исходные параметры для Acetic Acid. В “Vapor Control Cargo List“ (далее «Основная таблица») по названию груза определяем скорость парообразования “Vapor Growth Rate” (VGR), которая для Acetic Acid составляет 102 %, а относительная плотность паров – 2,07. Поскольку скорость парообразования для данного груза менее 125 % , будем использовать «Основную таблицу» (3);

2 Основываясь на том, что максимальная скорость погрузки, которую может обеспечить терминал, составляет 600 м3/час, произведем расчет падения давления в газоотводе.Для конкретного судна, данные которого используются в примерах, можно производить погрузку груза со скоростью 400 м3/час в танк 1 Ц и со скоростью 200 м3/час в танк 2 л/б (производительность балластного насоса составляет 200 м3/час, и обеспечить налив без крена при более интенсивном наливе в бортовой танк – невозможно);

3 Используя таблицу 1, для значения относительной плотности паров 3,15 (всегда выбираем ближайшее большее значение относительной плотности) определяем максимально возможную скорость налива для каждого танка.:

1Ц=419м3/час.

2л/б=398м3/час.

4 Следующий этап – определение перепада давления для каждого танка. Для этого в таблицах (4 и 5) «Контроль перепада давления в системе газоотвода» (Vapor Control System Pressure Drop Table), которые составляются для каждого отдельного танка с учетом относительной плотности паров груза, выбираем таблицу, соответствующую танку (центральный или бортовой), для VGR < = 1,25 и плотности паров равной 3,15;

5 На верхней шкале таблицы для центральных танков выбираем значение, соответствующее общей максимальной скорости налива 600 м3/час, а на левой шкале находим значение соответствующее максимальной скорости налива в танк 1 Ц – 400 м3/час, в месте пересечения строки и столбца определяем значение перепада давления в газоотводе – 0,017 бар;

6 Для танка 2 л/б при максимальной скорости налива 200 м3/час, перепад давления составит 0,013 бар (пересечение колонки со значением 600 м3/час и строки 200 м3/час.) При входе в таблицы всегда используется ближайшее БОЛЬШЕЕ значение;

7 Поскольку Контролируемый газоотвод на морских танкерахсистема газоотвода общая для обоих танков, при расчетах будем использовать максимальное значение перепада давления, в данном случае – 0,017 бар;

8 Определяем максимально допустимый перепад давления в системе:

(0,196 бар×80%)/100%0,034 бар=0,126 бара

Поскольку оба танка подсоединены в общую систему газоотвода (диаметром 6 дюймов), естественно, учитываем перепад давления в общей системе газоотвода по специальной таблице или графику (не приведены в пособии), вход в которые производится по максимальной интенсивности налива. При интенсивности налива 600 м3/час перепад давления в общей системе газоотвода (Header) составит 0,015 бара.

Таблица 4. Перепад давления в системе газоотвода для центральных танков (используется отдельная таблица для каждого значения относительной плотности паров груза)
Скорость налива в каждый танк, м3/часПадение давления в системе газоотвода, бары
Общая интенсивность налива, м3/час
1503004005005506007007508008509009501 0001 1001 200
500,0010,0020,0030,0050,0060,0070,0100,0120,0130,0150,0170,0180,0200,0240,029
1000,0020,0030,0040,0060,0070,0080,0110,0130,0140,0160,0180,0190,0210,0250,030
1500,0030,0040,0050,0070,0080,0090,0120,0140,0150,0170,0190,0200,0220,0260,031
2000,0050,0060,0080,0090,0100,0130,0150,0160,0180,0200,0210,0230,0270,032
2500,0060,0070,0090,0100,0110,0140,0160,0170,0190,0210,0220,0240,0280,033
3000,0080,0090,0110,0120,0130,0160,0180,0190,0210,0230,0240,0260,0300,035
3500,0110,0130,0140,0150,0180,0200,0210,0230,0250,0260,0280,0320,037
4000,0130,0150,0160,0170,0200,0220,0230,0250,0270,0280,0300,0340,039
4500,0170,0180,0190,0220,0240,0250,0270,0290,0300,0320,0360,041
5000,0200,0210,0220,0250,0270,0280,0300,0320,0330,0350,0390,044
5500,0240,0250,0280,0300,0310,0330,0350,0360,0380,0420,047
6000,0290,0320,0340,0350,0370,0390,0400,0420,0460,051
6500,0350,0370,0380,0400,0420,0430,0450,0490,054
7000,0390,0410,0420,0440,0460,0470,0490,0530,058
7500,0450,0460,0480,0500,0510,0530,0570,062

 

Таблица 5. Перепад давления в системе газоотвода для бортовых танков (используется отдельная таблица для каждого значения относительной плотности паров груза)
Скорость налива в каждый танк, м3/часПадение давления в системе газоотвода, бары
Общая интенсивность налива, м3/час
1503004005005506007007508008509009501 0001 1001 200
500,0010,0020,0030,0050,0060,0070,0100,0120,0130,0150,0170,0180,0200,0240,029
1000,0030,0040,0050,0070,0080,0090,0120,0140,0150,0170,0190,0200,0220,0260,031
1500,0040,0050,0060,0080,0090,0100,0130,0150,0160,0180,0200,0210,0230,0270,032
2000,0080,0090,0110,0120,0130,0160,0180,0190,0210,0230,0240,0260,0300,035
2500,0110,0120,0140,0150,0160,0190,0210,0220,0240,0260,0270,0290,0330,0338
3000,0140,0150,0170,0180,0190,0220,0240,0250,0270,0290,0300,0320,0360,041
3500,0200,0220,0230,0240,0270,0290,0300,0320,0340,0350,0370,0410,046
4000,0250,0270,0280,0290,0320,0340,0350,0370,0390,0400,0420,0460,051
4500,0320,0330,0340,0370,0390,0400,0420,0440,0450,0470,0510,056
5000,0380,0390,0400,0430,0450,0460,0480,0500,0510,0530,0570,062
5500,0460,0470,0500,0520,0530,0550,0570,0580,0600,0640,069
6000,0550,0580,0600,0610,0630,0650,0660,0680,0720,077
6500,0660,0680,0690,0710,0730,0740,0760,0800,085
7000,0740,0760,0770,0790,0810,0820,0840,0880,093
7500,0860,0870,0890,0910,0920,0940,0980,103

 

Стандартная форма для расчета перепада давления в системе газоотвода
Ship vapor control pressure drop calculation sheet
Ship Name:……..
Date:……..
Loading Berth:……..
Ship information
P/V Valves Set Pressure
Pressure:……..Vacuum:……..
Cargo/Loading information
Cargo name:……..
Liquid specific gravity:……..
Vapor relative density:……..
Vapor growth rate:……..
Tanks to be loaded:……..
Vapor collection system used:……..
Pressure drop and maximum loading rate
Line NoTank NoTransfer rate tons/hrsLiquid specific gravityTransfer rate m3/hourMaximum allowable transfer rate (table 1 or table 2) m3/hourPressure drop from tables, bar
1
2
3
4
5
6Total loading rate
7Maximum of pressure drop (fm lines 1-5)
Hose or header
8Pressure drop at a loading rate from Col.3, Line 6
Estimated pressure drop
9Sub total pressure drop: Col.5,Line7 + Col.5, Line 8
10Correction for vapor mixture density
11Corrected pressure drop: (Col.5, Line 9) x (Col.5, Line 10)
12Shore side connection back pressure
13Total pressure drop: Col. 5, Line 11 + Col. 5, Line 12
14Maximum allowable pressure drop0,196

 
Суммарный перепад давления в общей системе составит:

0,017+0,015=0,032 бара.

В «Основной таблице» в столбце, соответствующем установочному давлению срабатывания предохранительного клапана (3 psi) для Acetic Acid поправка за относительную плотность паров и избыточное давление в системе газоотвода составляет 1,06. Следовательно, максимальный перепад давления в общей системе газоотвода при интенсивности налива 600 м3/час будет равен:

0,032×1,06=0,03390,034 бара

Можно сказать, что при такой скорости погрузки (600 м3/час) не возникает чрезмерного перепада давления в системе газоотвода и не произойдет срабатывание P/V клапана.

Все таблицы и кривые рассчитаны для грузов, которые имеют скорость парообразования 1:1 и менее, молярный вес 200 г/моль и вязкость паров менее 0,015 сантипуазов.

Методика расчета перепада давления по требованиям Морского Регистра Судоходства РФ

Расчеты перепада давления в системе контролируемого газоотвода по формуле Дарси не устраивают европейские страны, поскольку в данной формуле используются внесистемные единицы измерения. Но основные требования к системе и её параметрам остаются прежними.

Также же как и в американских методиках расчета за основу принимается Главные паровые машины на судахдавление паров груза при температуре +46 °С . Также же как и в американской методике, нормальной интенсивностью парообразования считается эмиссия паров 125 % от интенсивности налива, но для грузов с абсолютным давлением насыщенных паров более 86,2 кПа, расчет интенсивности парообразования k производится по формуле:

k=1+0,25Pг86,2

где:

  • Pг – абсолютное давление насыщенных паров расчетного груза.

Например, для винидиленхлорида

k=1+0,25165,4786,2=1,48.

Однако, в отличие от методик USCG, расчеты производятся не для максимальной интенсивности налива, т. е. для наихудшего варианта, а для 3-х основных значений интенсивности налива: максимальной, средней и минимальной, и для диапазона грузов, абсолютное давление паров которых не превышает 86,2 кПа (0,862 бара). Для определения сопротивления трубопроводов системы газоотвода используются значения абсолютной шероховатости труб и числа Рейнольдса, которое определяется отношением произведения скорости движения потока газа на внутренний диаметр трубопровода к кинематической вязкости газовой смеси(15 х 10-6 м23). При выполнении расчета гидравлического сопротивления газоотвода для танкера-химовоза, максимальную плотность паровоздушной смеси рекомендуется принимать равной 3,6 кг/м3 (для грузов с нормальной интенсивностью парообразования).

При наличии в Перечне грузов, разрешенных к перевозке на данном судне веществ, абсолютное давление насыщенных паров которых превышает 86,2 кПа, выполняются дополнительные расчеты с использованием максимальных значений плотности паровоздушной смеси и коэффициента, учитывающего интенсивность парообразования для указанных грузов. При погрузке нефтяных грузов соотношение воздуха и паров груза в смеси принимается равным 50/50, в связи с чем, плотность паровоздушной смеси принимается равной 3,0 кг/м3. В случае необходимости, плотность паровоздушной смеси при температуре 46 °С и соответствующем давлении открытия дыхательного клапана может быть определена по формуле:

ρсм=(ρnVn+Vв)ρв, кг/м3

где:

  • ρn – относительная плотность насыщенных паров конкретного груза, кг/м3,
  • Vn – парциальный объем паров груза в смеси при температуре 46 °С, определяемый по формуле

Vn=PnГPсм

  • Vв – парциальный объем воздуха в смеси при температуре 46 °С, определяемый по формуле

Vв=1Vn

  • ρв – плотность воздуха при температуре 46 °С и давлении открытия дыхательного клапана, кг/м3.
  • PnГ 

    – абсолютное давление насыщенных паров груза при температуре 46 °С, кПа,

  • Pсм – абсолютное давление паровоздушной смеси, кПа, равное абсолютному давлению открытия дыхательного клапана на газо-выпускном устройстве.

Ниже приведены расчеты для химовоза-продуктовоза дедвейтом 22 000 тонн, с 14-ю грузовыми танками объединенными 250 мм трубопроводом системы газоотвода, давление срабатывания дыхательных клапанов грузовых танков составляет 17,65 кПа.

Таблица 6. Значения плотности воздуха при температуре 46 °С и различных пределах срабатывания давления открытия дыхательного клапана на газо-выпускном устройстве
Манометрическое давление срабатывания, кПа12,7513,7314,7115,716,6817,6518,6419,6220,6
ρ46º, кг/м31,2411,2521,2621,2731,2841,2941,3051,3161,326

 
Расчет производится также и для трех значений плотности паровоздушной смеси (максимальной – 3,6 кг/м3, средней – 2,7 кг/м3 и минимальной – 1,3 кг/м3). На основании расчетов построены графики (рис. 3-4) суммарного гидравлического Судовые системы и трубопроводысопротивления судового трубопровода системы газоотвода (ΔP) и давления паровоздушной смеси на манифолде (PM) в зависимости от интенсивности налива груза и плотности паровоздушной смеси.

Сопротивление трубопровода выдачи груза
Рис. 3 Гидравлическое сопротивление трубопровода выдачи в зависимости от интенсивности приема груза и плотности паровоздушной смеси
Таблица 7. Суммарные гидравлические сопротивления трубопровода системы газоотвода при расчетных значениях интенсивности налива груза и плотности паровоздушной смеси
Интенсивность приема груза, м3Суммарное гидравлическое сопротивление трубопровода, Па при ρсм кг/м3
1,32,73,65,608
2 0003076348471 833
3 5009301 9212 5725 609
5 00018913 9275 23311 393

 

Давление паровоздушной смеси у фланца выдачи
Рис. 4 Давление паровоздушной смеси у фланца выдачи в зависимости от плотности и интенсивности приема груза

Давление паровоздушной смеси на манифолде определяется как разность между 80 % значения давления открытия дыхательного клапана (в данном случае 14 120 Па) и значением суммарного гидравлического сопротивления трубопровода (см. табл. 8).

Таблица 8. Давление паровоздушной смеси на манифолде газоотводной системы
Интенсивность приема груза, м3Давление паровоздушной смеси на судовом манифолде, Па при ρсм кг/м3
1,32,73,65,608
2 00013 81313 48613 27312 287
3 50013 19012 19911 5488 511
5 00012 22910 1938 8872 727

 
Согласно Циркуляру MSC/Circ. 585 и требованиям USCG, гидравлическое сопротивление наиболее протяженного участка судового трубопровода выдачи паровоздушной смеси в приемные сооружения терминала не должно превышать 80 % значения давления открытия дыхательного клапана на газовыпускном устройстве, т. е, для данного судна, должно быть меньше, чем:

17650×0,8=14120 Па(1440 мм вод.ст)

Выполненные расчеты показывают, что суммарное гидравлическое сопротивление судового трубопровода системы газоотвода при максимальной интенсивности налива 5 000 м3 одновременно во все танки не превышает допустимого значения даже при максимальной плотности паровоздушной смеси. При этом остается запас на преодоление сопротивления берегового трубопровода терминала.

Это интересно: Ремонт систем трубопроводов и арматуры судна

Пример: Судно осуществляет погрузку циклогексана, плотность паровоздушной смеси которого составляет ρ = 1,988 кг/м3 (см. табл. 9), одновременно во все грузовые танки. Учитывая, что коэффициент интенсивности парообразования данного груза принимается равным 1,25, т. к. давление насыщенных паров его менее 86,2 кПа, значения суммарного гидравлического сопротивления судового трубопровода Контролируемый газоотвод на морских танкерахсистемы газоотвода определяется методом графической интерполяции (по графикам рис. 3, 4) с применением формулы

ΔPГ=ρг×ΔPpρp, Па

где :

  • ρг – плотность паровоздушной смеси конкретного груза, кг/м3;
  • ∆pp – расчетное гидравлическое сопротивление трубопровода при расчетной плотности смеси и конкретной интенсивности налива груза, Па;
  • ρp – расчетная плотность паровоздушной смеси, кг/м3.

Для циклогексана суммарное гидравлическое сопротивление трубопровода составит:

при Q=2000 м3/ч   ΔPГ=1,988×3071,3=469 Па

при Q=3500 м3/ч   ΔPг=1,988×9301,3=1422 Па

при Q=5000 м3/ч   ΔPг=1,988×18911,3=2892 Па

По указанным точкам на график наносится кривая (пунктирная линия) зависимости гидравлического сопротивления судового трубопровода системы газоотвода от интенсивности налива циклогексана.

Таблица 9. Характеристики паров наливных грузов
Наименование веществаАбсолютное давление насыщенных паров при 46 °С, кПаОтносительная плотностьПлотность паровоздушной смеси при 46 °С, кг/м3Коэффициент интенсивности парообразования
Уксусная кислота6,342,071,4131,02
Уксусный ангидрид2,763,501,4141,01
Ацетон68,952,002,0981,20
Ацетонциангидрин2,762,901,3961,01
Акрилонитрил34,471,801,6421,10
Адипонитрил0,073,731,3401,00
Аллиловый спирт12,412,001,4751,04
Муравьиная кислота14,481,601,4341,04
1,1 – Дихлорэтан68,263,413,1521,20
Бензол (пары в смеси с воздухом 50/50)31,032,802,5421,09
Смеси бензола, толуола, ксилена (10% бензола или более)50,332,802,3371,15
Бензилхлорид0,624,361,3611,00
Бензины и бензиновые смеси: (пары в смеси с воздухом 50/50)86,183,402,9441,25
Керосин1,034,501,3781,00
Нафта96,530,660,9761,28
Минеральные спирты1,384,151,3861,00
Пентан (все изомеры)144,792,483,7011,42
Стирол2,763,601,4171,01
Изобутилацетат4,144,001,4751,01
Изопропиловый спирт20,682,071,5821,06
Изобутиловый спирт6,212,601,4481,02
Бутиловый спирт, вторичный8,962,601,4961,03
Бутиловый спирт,третичный19,312,601,6791,06
Бутилбензилфталат0,0710,801,3461,00
Хлорбензол5,523,881,5131,02
Циклогексан31,032,901,9881,09

 
Для построения кривой зависимости давления паровоздушной смеси на судовом манифолде определяется разность между 80 % значения открытия дыхательного клапана газовыпускного устройства и значения суммарного гидравлического сопротивления трубопровода для каждого расчетного значения интенсивности приема груза.

Предлагается к прочтению: Загрязнение воздуха с судов и терминалов

Для циклогексана давление паровоздушной смеси у фланца выдачи составит:

при Q=2000 м3/ч РМ=14120469=13651 Па

при Q=3500 м3/ч РМ=141201422=12698 Па

при Q=5000 м3/ч РМ=141202892=11228 Па

По указанным точкам на графике наносится кривая (пунктирная линия) зависимости давления на манифолде системы газоотвода от интенсивности налива.

Стандартная форма расчета перепада давления в системе газоотвода выглядит следующим образом:

Форма расчета перепада давления в системе газоотвода
НаименованиеСимволЗначениеРазмерность
Диаметр трубопроводаDм
Длина трубопроводаLм
Интенсивность наливаqм3/час
Линейная скорость потока газовой смеси vм/с
Коэффициент сопротивления тренияλ
Суммарный коэффициент сопротивленияΣξ
Падение давления в системе газоотводаΔpПа

 
Такие таблицы составляются перед погрузкой каждого сорта груза на 3 основные значения интенсивности налива.

Расчет перепада давления в системе газоотвода при перевалке груза с судна на судно по замкнутому циклу

При перегрузке грузов, требующих использования системы регулируемого выпуска паров, с судна на судно также необходимо осуществлять расчет падения давления в системе газоотвода и максимальную интенсивность перекачки груза.

Пример: Современные транспортные суда различного назначенияТанкер химовоз осуществляет выгрузку груза на баржу по замкнутому циклу. Допустим, что установочное давление дыхательных клапанов на вакуум на грузовых танках химовоза составляет 0,034 бара. Тогда максимально допустимое давление в системе газоотвода не должно быть меньше 80 % от установочного давления, то есть 0,027 бара. При условии, что противодавление в танках баржи (или судна, на которое осуществляется перекачка груза) также составляет 0,034 бара, максимальный перепад давления в системе газоотвода будет равен:

0,034 бар+0,027 бар=0,051 бар

Расчет показывает, что давление в трубопроводе газоотвода будет выше, чем давление срабатывания дыхательных клапанов грузовых танков на вакуум и они останутся в закрытом состоянии.

В случае приема груза с баржи давление в системе газоотвода не должно превышать 80 % от давления срабатывания дыхательных клапанов грузовых танков химовоза на избыточное давление. Если давление срабатывания дыхательных клапанов химовоза составляет 0,196 бара, то максимальное падение давления в системе газоотвода не должно превышать 0,157 бар.

Допустим, давление в грузовых танках баржи равно 0,034 бара, тогда максимально допустимый перепад давления в системе газоотвода составит:

0,157 бар0,034 бар=0,123 бар.

Если же в грузовых танках баржи будет небольшой вакуум (- 0,034 бара), то максимальный перепад давления будет равен:

0,157 бар+0,034 бар=0,191 бар

То есть, давление в системе газоотвода будет почти равно давлению срабатывания дыхательных клапанов на грузовых танках химовоза.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Январь, 20, 2022 607 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