Загрузка танка наливным грузом, отвод паров на судах СПГ

Загрузка танка наливным грузом представляет собой установленный алгоритм, который, во избежание аварийных ситуаций, не следует нарушать.

СодержаниеСвернуть

Расчет максимальной скорости налива по времени реагирования
Расчет максимальной скорости налива по пропускной способности системы газоотвода
Расчет интенсивности налива с использованием системы отвода паров
Общие требования к методике расчетов перепада давления в системе отвода паров
Методика расчета перепада давления по требованиям USCG
Методика расчета перепада давления по требованиям Морского Регистра Судоходства РФ
Расчет перепада давления в системе газоотвода при перевалке груза с судна на судно по замкнутому циклу

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

Временем, необходимым для принятия мер по предотвращению переполнения танка;
Пропускной способностью системы газоотвода;
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 \cdot 0, 02) м^{3} / м и н \cdot 60 м и н = 600 м^{3} / ч а с .

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.

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

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)	1,080	1,180	915
1,00	802	739	483
1,05	775	717	472
1,50	620	582	396
2,00	528	499	344
3,15	419	398	275
5,00	338	322	219
15,00	217	204	127

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. Газоотводная 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.

Подключение грузовых танков к судовому газоотводу — Рис. 2 Примерная схема подключения грузовых танков к общей судовой системе контролируемого газоотвода

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.

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:

Δ p = \frac{ρ - V^{2}}{2 g} - \frac{f - L}{D}

где:

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

ρ = V M D \cdot ρ_{a};

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

V = q / A;

q – интенсивность поступления паров в газоотвод м³;

q = (1 + V G R) \cdot q^{L};

VGR (Vapor Growth Rate) – интенсивность парообразования;

V G R = 1 + 0, 25 (p^{S} / 12, 5);

p^S – давление насыщенных паров груза при +46 °С, psi;
q^L – интенсивность налива жидкости в танк, м³/час;
A – площадь поперечного сечения газоотвода;

А = π \cdot D^{2} / 4;

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

Подставляя вышеуказанные параметры в уравнение Дарси, получим:

Δ p = \frac{V M D - ρ_{α} - {(1 + V G R)}^{2} - (q^{L})^{2}}{2 - g - A^{2}} - \frac{f - L}{D}

или же:

Δ p = V M D - {(1 + V G R)}^{2} - \frac{8 ρ_{α} - {(q^{L})}^{2} - f - L}{g - π^{2} - D^{5}}

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:

по вертикали – по значению 600;
по горизонтали – 150 × 1,15 = 172, ближайшее большее табличное значение составляет 200;
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 name	CHRIS Code	Correction factor
Ammoniun sulphide solution (45 % or less)	ASS	1,07
Tert-Butylamin	BUA	1,04
Cyclopentane	CYP	1,01
Cyclopentene		1,08
1,6 – Dichlorohexane		1,10
Dichloromethane	DCM	1,10
Dimethyl Sulphide	DSL	1,12
Dimethylamine solution 50 %	DMY	1,05
Ethyl Mercaptan	EMC	1,06
Ethylamine	EAM	1,45
Ethylamine solution 72 % or less	EAN	1,05
Isopentane	IPT	1,22
Isoprene	IPR	1,15
Isopropylamine	IPP	1,17
Methyl Formal	MTF	1,06
Methyl Formate	MTA	1,22
Methylamine solution 42 % or less	MTA	1,01
Neohexane	NHX	1,01
1,3 – Pentadiene	PDE	1,07
Iso – Pentane	IPT	1,23
Pentane (all isomers)	PTA	1,14
1 – Pentene	PTE	1,20
Pentene (mixtures)	PTX	1,15
Propionaldehyde	PAD	1,02
Propylamine	PRA	1,03
Iso – Propylamine	IPP	1,17
Propylene Oxide	POX	1,15
Vinyl Ethyl Ether	VEE	1,12

Открыть таблицу в новой вкладке

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 Code	UN No.	Molecular Weight	Liquid relative density	Vapor relative density	Vapor pressure at 114 F, psia	Vapor Viscosity c. p.	Vapor Growth Rate, %	Vapor Mixture density at 2 psi	Vapor Mixture density at 3 psi	Boiling point, °C
Acetic acid	AAC	2 790	60	1,05	2,07	0,92	0,0092	102	1,06	1,06	118
Acetone	ACT	1 090	58	0,79	2,00	10,00	0,0090	120	1,60	1,57	56,7
Acrylonitrile	ACN	1 093	52	0,81	1,79	5,00	0,0096	110	1,24	1,22	77,0
Aniline	ANL	1 547	93	1,02	3,22	0,04	0,0071	100	1,01	1,01	184
Benzene	BNZ	1 114	78	0,88	2,80	4,50	0,0079	109	1,49	1,46	80
Benzene, Toluene, Xylene mixture	BTX		122	0,84	2,80	7,30	0,0075	115	1,79	1,74	80
n-Butyl Acetate	BCN	1 123	116	0,88	4,00	0,80	0,0074	102	1,14	1,14	127
Iso – Butyl Acetate	IBA		116	0,87	4,00	0,60	0,0071	101	1,11	1,10	118
Caustic soda	CSS	1 824	40	1,53	1,38	1,47	0,0080	103	1,03	1,03	198
1,2 – Dichlorethylene	DEL		97	1,27	3,34	11,19	0,0104	122	2,57	2,48	60
Diethylene glycol	DEG		106	1,12	3,66	0,00	0,0074	100	1,00	1,00	244
Ethyl acrylate	EAC		100	0,93	3,50	2,00	0,0074	104	1,30	1,28	99
2-Ethyl Hexanol	EHX		130	0,83	4,50	0,01	0,0100	100	1,00	1,00	183
Casoline, motor	GAT		99	0,74	3,40	12,50	0,0072	125	2,80	2,70	60
n-Hexane	HXA		86	0,66	3,00	7,00	0,0068	114	1,84	1,79	69
Isоprene	IPR		68	0,69	2,35	21,76	0,0077	144	2,35	2,35	34
Jet Fuels (JP-1)	JPO		86	0,79	3,00	2,45	0,0073	105	1,29	1,28	92,5
Pentane	PTA	1 265	72	0,63	2,48	21,00	0,0074	142	2,48	2,48	36

Открыть таблицу в новой вкладке

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.

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.:

1 Ц = 419 м^{3} / ч а с .

2 л / б = 398 м^{3} / ч а с .

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 б а р \times 80 %) / 100 % - 0, 034 б а р = 0, 126 б а р а

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/час	Падение давления в системе газоотвода, бары
	Общая интенсивность налива, м³/час
	150	300	400	500	550	600	700	750	800	850	900	950	1 000	1 100	1 200
50	0,001	0,002	0,003	0,005	0,006	0,007	0,010	0,012	0,013	0,015	0,017	0,018	0,020	0,024	0,029
100	0,002	0,003	0,004	0,006	0,007	0,008	0,011	0,013	0,014	0,016	0,018	0,019	0,021	0,025	0,030
150	0,003	0,004	0,005	0,007	0,008	0,009	0,012	0,014	0,015	0,017	0,019	0,020	0,022	0,026	0,031
200		0,005	0,006	0,008	0,009	0,010	0,013	0,015	0,016	0,018	0,020	0,021	0,023	0,027	0,032
250		0,006	0,007	0,009	0,010	0,011	0,014	0,016	0,017	0,019	0,021	0,022	0,024	0,028	0,033
300		0,008	0,009	0,011	0,012	0,013	0,016	0,018	0,019	0,021	0,023	0,024	0,026	0,030	0,035
350			0,011	0,013	0,014	0,015	0,018	0,020	0,021	0,023	0,025	0,026	0,028	0,032	0,037
400			0,013	0,015	0,016	0,017	0,020	0,022	0,023	0,025	0,027	0,028	0,030	0,034	0,039
450				0,017	0,018	0,019	0,022	0,024	0,025	0,027	0,029	0,030	0,032	0,036	0,041
500				0,020	0,021	0,022	0,025	0,027	0,028	0,030	0,032	0,033	0,035	0,039	0,044
550					0,024	0,025	0,028	0,030	0,031	0,033	0,035	0,036	0,038	0,042	0,047
600						0,029	0,032	0,034	0,035	0,037	0,039	0,040	0,042	0,046	0,051
650							0,035	0,037	0,038	0,040	0,042	0,043	0,045	0,049	0,054
700							0,039	0,041	0,042	0,044	0,046	0,047	0,049	0,053	0,058
750								0,045	0,046	0,048	0,050	0,051	0,053	0,057	0,062

Открыть таблицу в новой вкладке

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/час	Падение давления в системе газоотвода, бары
	Общая интенсивность налива, м³/час
	150	300	400	500	550	600	700	750	800	850	900	950	1 000	1 100	1 200
50	0,001	0,002	0,003	0,005	0,006	0,007	0,010	0,012	0,013	0,015	0,017	0,018	0,020	0,024	0,029
100	0,003	0,004	0,005	0,007	0,008	0,009	0,012	0,014	0,015	0,017	0,019	0,020	0,022	0,026	0,031
150	0,004	0,005	0,006	0,008	0,009	0,010	0,013	0,015	0,016	0,018	0,020	0,021	0,023	0,027	0,032
200		0,008	0,009	0,011	0,012	0,013	0,016	0,018	0,019	0,021	0,023	0,024	0,026	0,030	0,035
250		0,011	0,012	0,014	0,015	0,016	0,019	0,021	0,022	0,024	0,026	0,027	0,029	0,033	0,0338
300		0,014	0,015	0,017	0,018	0,019	0,022	0,024	0,025	0,027	0,029	0,030	0,032	0,036	0,041
350			0,020	0,022	0,023	0,024	0,027	0,029	0,030	0,032	0,034	0,035	0,037	0,041	0,046
400			0,025	0,027	0,028	0,029	0,032	0,034	0,035	0,037	0,039	0,040	0,042	0,046	0,051
450				0,032	0,033	0,034	0,037	0,039	0,040	0,042	0,044	0,045	0,047	0,051	0,056
500				0,038	0,039	0,040	0,043	0,045	0,046	0,048	0,050	0,051	0,053	0,057	0,062
550					0,046	0,047	0,050	0,052	0,053	0,055	0,057	0,058	0,060	0,064	0,069
600						0,055	0,058	0,060	0,061	0,063	0,065	0,066	0,068	0,072	0,077
650							0,066	0,068	0,069	0,071	0,073	0,074	0,076	0,080	0,085
700							0,074	0,076	0,077	0,079	0,081	0,082	0,084	0,088	0,093
750								0,086	0,087	0,089	0,091	0,092	0,094	0,098	0,103

Открыть таблицу в новой вкладке

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 No	Tank No	Transfer rate tons/Hrs	Liquid specific gravity	Transfer rate m³/hour	Maximum allowable transfer rate (table 1 or table 2) m³/hour	Pressure drop from tables, bar
1
2
3
4
5
6		Total loading rate
7		Maximum of pressure drop (fm lines 1-5)
Hose or Header
8		Pressure drop at a loading rate from Col. 3, Line 6
Estimated pressure drop
9	Sub total pressure drop: Col. 5, Line 7 + Col. 5, Line 8
10	Correction for vapor mixture density
11	Corrected pressure drop: (Col. 5, Line 9) x (Col. 5, Line 10)
12	Shore side connection back pressure
13	Total pressure drop: Col. 5, Line 11 + Col. 5, Line 12
14	Maximum allowable pressure drop					0,196

Открыть таблицу в новой вкладке

Суммарный перепад давления в общей системе составит:

0, 017 + 0, 015 = 0, 032 б а р а .

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 \times 1, 06 = 0, 0339 \approx 0, 034 б а р а

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, 25 \frac{P_{г}}{86, 2}

где:

P_г – абсолютное давление насыщенных паров расчетного груза.

Например, для винидиленхлорида

k = 1 + 0, 25 \frac{165, 47}{86, 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 × 10^-6м²/с). 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:

ρ_{с м} = (ρ_{n} V_{n} + V_{в}) ρ_{в}, к г / м^{3}

где:

ρ_n – относительная плотность насыщенных паров конкретного груза, кг/м³,
V_n – парциальный объем паров груза в смеси при температуре 46 °С, определяемый по формуле:

V_{n} = \frac{P_{n}^{Г}}{P_{с м}}

V_в – парциальный объем воздуха в смеси при температуре 46 °С, определяемый по формуле:

V_{в} = 1 - V_{n}

ρ_в – плотность воздуха при температуре 46 °С и давлении открытия дыхательного клапана, кг/м³.
$P_{n}^{Г}$
– абсолютное давление насыщенных паров груза при температуре 46 °С, кПа,
P_см – 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, кПа	12,75	13,73	14,71	15,7	16,68	17,65	18,64	19,62	20,6
ρ_46º, кг/м³	1,241	1,252	1,262	1,273	1,284	1,294	1,305	1,316	1,326

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 сопротивления судового трубопровода системы газоотвода (ΔP) и давления паровоздушной смеси на манифолде (P_м) 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, м³/ч	Суммарное гидравлическое сопротивление трубопровода, Па при ρ_см кг/м³
Интенсивность приема груза, м³/ч	1,3	2,7	3,6	5,608
2 000	307	634	847	1 833
3 500	930	1 921	2 572	5 609
5 000	1891	3 927	5 233	11 393

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, м³/ч	Давление паровоздушной смеси на судовом манифолде, Па при ρ_см кг/м³
Интенсивность приема груза, м³/ч	1,3	2,7	3,6	5,608
2 000	13 813	13 486	13 273	12 287
3 500	13 190	12 199	11 548	8 511
5 000	12 229	10 193	8 887	2 727

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:

17 650 \times 0, 8 = 14 120 П а (1 440 м м в о д . с т)

Выполненные расчеты показывают, что суммарное гидравлическое сопротивление судового трубопровода системы газоотвода при максимальной интенсивности налива 5 000 м³/ч 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 системы газоотвода определяется методом графической интерполяции (по графикам рис. 3, 4) с применением формулы:

Δ P_{г} = \frac{ρ_{г} \times Δ P_{p}}{ρ_{p}}, П а

где :

ρ_г – плотность паровоздушной смеси конкретного груза, кг/м³;
∆P_p – расчетное гидравлическое сопротивление трубопровода при расчетной плотности смеси и конкретной интенсивности налива груза, Па;
ρ_p – расчетная плотность паровоздушной смеси, кг/м³.

Для циклогексана суммарное гидравлическое сопротивление трубопровода составит:

п р и Q = 2 000 м^{3} / ч Δ P_{г} = \frac{1, 988 \times 307}{1, 3} = 469 П а

п р и Q = 3 500 м^{3} / ч Δ P_{г} = \frac{1, 988 \times 930}{1, 3} = 1 422 П а

п р и Q = 5 000 м^{3} / ч Δ P_{г} = \frac{1, 988 \times 1 891}{1, 3} = 2 892 П а

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 вещества	Абсолютное давление насыщенных паров при 46 °С, кПа	Относительная плотность	Плотность паровоздушной смеси при 46 °С, кг/м³	Коэффициент интенсивности парообразования
Уксусная кислота	6,34	2,07	1,413	1,02
Уксусный ангидрид	2,76	3,50	1,414	1,01
Ацетон	68,95	2,00	2,098	1,20
Ацетонциангидрин	2,76	2,90	1,396	1,01
Акрилонитрил	34,47	1,80	1,642	1,10
Адипонитрил	0,07	3,73	1,340	1,00
Аллиловый спирт	12,41	2,00	1,475	1,04
Муравьиная кислота	14,48	1,60	1,434	1,04
1,1 – Дихлорэтан	68,26	3,41	3,152	1,20
Бензол (пары в смеси с воздухом 50/50)	31,03	2,80	2,542	1,09
Смеси бензола, толуола, ксилена (10% бензола или более)	50,33	2,80	2,337	1,15
Бензилхлорид	0,62	4,36	1,361	1,00
Бензины и бензиновые смеси: (пары в смеси с воздухом 50/50)	86,18	3,40	2,944	1,25
Керосин	1,03	4,50	1,378	1,00
Нафта	96,53	0,66	0,976	1,28
Минеральные спирты	1,38	4,15	1,386	1,00
Пентан (все изомеры)	144,79	2,48	3,701	1,42
Стирол	2,76	3,60	1,417	1,01
Изобутилацетат	4,14	4,00	1,475	1,01
Изопропиловый спирт	20,68	2,07	1,582	1,06
Изобутиловый спирт	6,21	2,60	1,448	1,02
Бутиловый спирт, вторичный	8,96	2,60	1,496	1,03
Бутиловый спирт, третичный	19,31	2,60	1,679	1,06
Бутилбензилфталат	0,07	10,80	1,346	1,00
Хлорбензол	5,52	3,88	1,513	1,02
Циклогексан	31,03	2,90	1,988	1,09

Открыть таблицу в новой вкладке

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:

п р и Q = 2 000 м^{3} / ч Р_{м} = 14 120 - 469 = 13 651 П а

п р и Q = 3 500 м^{3} / ч Р_{м} = 14 120 - 1 422 = 12 698 П а

п р и Q = 5 000 м^{3} / ч Р_{м} = 14 120 - 2 892 = 11 228 П а

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
Наименование	Символ	Значение	Размерность
Диаметр трубопровода	D		м
Длина трубопровода	L		м
Интенсивность налива	q		м³/час
Линейная скорость потока газовой смеси	v		м/с
Коэффициент сопротивления трения	λ
Суммарный коэффициент сопротивления	Σξ
Падение давления в системе газоотвода	Δp		Па

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 б а р + 0, 027 б а р = 0, 051 б а р

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 б а р - 0, 034 б а р = 0, 123 б а р .

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

0, 157 б а р + 0, 034 б а р = 0, 191 б а р

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

Сноски

Максимальная интенсивность налива груза в танк газовоза

Расчет максимальной скорости налива по времени реагирования

Расчет максимальной скорости налива по пропускной способности системы газоотвода

Расчет интенсивности налива с использованием системы отвода паров

Общие требования к методике расчетов перепада давления в системе отвода паров

Методика расчета перепада давления по требованиям USCG

Методика расчета перепада давления по требованиям Морского Регистра Судоходства РФ

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