Перевозка сжиженного природного газа морем.

Перевозка сжиженного природного газа морем.

Часть 1.

Содержание.

Стр.

Развитие морского транспорта для перевозки СПГ. 4

Коды и Правила. 10

Свойства СПГ 12

2.1 Физические свойства и состав СПГ. 12

2.2 Характеристики СПГ 14

2.2.1 Воспламеняемость смеси метана, кислорода и азота. 14

2.2.2 Использование диаграммы. 14

2.3 Дополнительные характеристики 15

2.3.1 Разлив воду 15

2.3.2 Облако пара 16

2.3.3 Реактивность 16

2.3.4 Криогенные температуры 16

2.3.5 Поведение СПГ в грузовом танке 16

2.4 Свойства азота и инертного газа. 16

2.4.1 Азот 16

2.4.2 Физические свойства азота 17

2.4.3 Характеристики азота 17

2.4.4 Химические свойства 17

2.4.5 Опасности 17

2.4.6 Инертный газ 17

2.4.7 Характеристики инертного газа 17

2.5 Опасность низких температур для металла, меры безопасности. 18

2.6 Опасности для персонала. 18

2.6.1 Метан 18

2.6.2 Азот 18

Концепция конструкции грузовой системы. 19

3.0.1 Общие положения. 19

3.1 Принципы системы содержания груза. 19

3.1.1 Конструкция изоляции и барьеров. 21

3.2 Мембранная система. 21

3.2.1 Оборудование грузового танка. 22

3.3 Проблемы и неисправности. 22

3.4 Опасные районы и газоопасные зоны. 23

Грузовая система. 24

4.1 Система трубопроводов. 24

4.1.1 Жидкостная линия 25

4.1.2 Паровая линия. 25

4.1.3 Система распыла. 25

4.1.4 Газовая линия. 25

4.1.5 Топливная газовая линия. 26

4.1.6 Линия вентиляции. 26

4.1.7 Линия инертизации и аэрации. 26

4.2 Грузовые насосы. 26

4.2.1 Главные грузовые насосы. 27

4.2.2 Насосы зачистки и распыла. 28

4.2.3 Аварийный грузовой насос. 29

4.3 Грузовые компрессоры. 29

4.3.1 Компрессоры высокой производительности. 29

4.3.2 Система газового затвора. 30

4.3.3 Система смазки 30

4.3.4 Система контроля гидравлического удара. 31

4.3.5 Входные управляемые лопасти. 31

4.3.6 Компрессоры низкой производительности 31

4.3.7 Система газового затвора 32

4.3.8 Система смазки 32

4.3.9 Система контроля гидравлического удара 32

4.3.10 Входные управляемые лопасти 33

4.3.11 Система масляного переборочного затвора. 33

4.4 Подогреватель выкипа. 33

4.5 Испаритель СПГ 34

4.6 Форсированный испаритель. 35

4.6.1 Демистер (Отделительтумана). 35

4.7 Вакуумные насосы. 35

4.8 Система передачи груза 36

4.8.1 Система Фоксборо 36

4.8.2 Замеры груза 37

4.8.3 Измерение уровня 37

4.8.4 Измерение температуры 38

4.8.5 Система сигнала очень высокого уровня. 38

4.8.6 Поплавковая система замера груза. 38

4.8.7 Индикатор крена – дифферента. 38

4.9 Система производства азота 39

4.10 Система производства инертного газа и сухого воздуха. 39

4.11 Система обнаружения газа. 40

4.11.1 Инфракрасная система газового анализа. 40

4.11.2 Система газового анализа каталитического сжигания. 40

4.12 Система аварийной остановка и защиты грузовых танков. 40

4.12.1 Соединение САО судно – берег. 41

4.12.2 Система контроля нагрузки швартовных соединений. 42

4.13 Система предохранительных клапанов. 42

4.13.1 Система предохранительных клапанов на грузовых танках. 42

4.13.2 Система ПК в пространстве первичной и вторичной изоляции. 43

4.13.3 ПК на трубопроводах. 43

Вспомогательные системы. 43

5.1 Система контроля температуры. 43

5.2 Система подачи и контроля азота в первичную и вторичную систему изоляции.43

5.3 Система подогрева коффердамов. 44

5.3.1 Подогреватель гликоля и система подогрева коффердама. 44

5.3.2 Система подогрева коффердама 44

5.3.3 Вентиляция трюмов. 44

Грузовые операции. 45

6.1 Заполнение азотом первичного и вторичного пространств изоляции. 45

6.1.1 Инертизация пространств первичной и вторичной изоляции. 45

6.1.2 Проверка во время эксплуатации. 45

6.1.3 Метод проверки надежности барьера. 45

6.1.4 Процедура теста. 46

6.1.5 Общий тест во время эксплуатации. 46

6.1.6 Проверка второй мембраны 46

6.1.7 Процедура проверки первой мембраны. 47

6.2 Операции при вводе в эксплуатацию. 47

6.2.1 Первоначальная инертизация пространств изоляции. 47

6.2.2 Осушение танков. 47

6.2.3 Процедура инертизации танков. 48

6.2.4 Заполнение грузовых танков природным газом. 48

6.2.5 Охлаждение грузовых танков. 49

6.3 Балластный переход. 49

6.3.1 Сохранение охлажденных танков во время балластного перехода. 50

6.3.2 Плескание груза. 51

6.3.3 Смена балласта. 51

6.4 Погрузка. 51

6.4.1 Подготовка к погрузке. 51

6.4.2 Охлаждение грузовых линий. 51

6.4.3 Алгоритмы операций охлаждения и погрузки. 52

6.4.4 Последовательность операций при погрузке. 52

6.5 Переход в грузу со сжиганием и сжижение пара. 52

6.5.1 Переход с нормальным сжиганием газа 52

6.5.2 Переход с форсированным сжиганием газа. 53

6.5.3 Переход со сжижением пара (УПСГ для метана). 53

6.6 Выгрузка с возвратом газа с берега. 54

6.6.1 Охлаждение жидкостной линии и стендера перед выгрузкой. 54

6.6.2 Выгрузка. 54

6.6.3 Алгоритм операции выгрузки. 54

6.7. Подготовка к докованию. 54

6.7.1 Подогрев танков 55

6.7.2 Инертизация 55

6.7.3 Продувка воздухом. 55

Аварийные процедуры. 56

7.1 Утечка пара 56

7.1.1 Увеличение давления в первом меж барьерном пространстве. 56

7.1.2 Изменение температуры. 56

7.2 Утеска жидкости 57

7.3 Утечка воды в барьер. 57

7.4 Пожар и аварийный отход от причала. 57

7.5 Установка аварийного грузового насоса. 58

7.6 Операции с одним танком. 59

7.7 Аварийный выброс груза в море. 59

Список литературы 60

Часть 2.

Рисунок В1

Система обычно состоит из двух котлов, подающих пар на турбины высокого и низкого давления, которые вращают вал через редуктор.

Электричество производится двумя паровыми генераторами и одним дизельным генератором.

Ее достоинства, - это несложное обслуживание, практическое отсутствие расходов на смазку, и способность сжигать мазут и газ в любой пропорции.

Система подачи выкипа очень проста, она позволяет избавляться от избытков газа его сжиганием, а затем сбросом излишка пара на конденсатор. Основной недостаток, - это низкая эффективность, высокая стоимость топлива и высокая эмиссия СО2. Размеры МО очень большие. Последнее время ощущается недостаток квалифицированных кадров.

Сегодня большинство судов СПГ работают по фиксированным контрактам. И только

в 2001 году трамповый рынок СПГ составил 5% и ожидается его дальнейшее увеличение.

Увеличение трампового рынка означает, что будущие конструкции судов для СПГ должны быть гибкими. Во Франции и Корее уже построены суда нового поколения. Их эксплуатация должна подтвердить надежность изменения концепции главного двигателя для судов перевозящих СПГ.

Существуют несколько вариантов такого изменения:

1. Низкооборотный дизель с УПСГ
2. Двух топливный дизель электрический движитель
3. Газовая турбина
4. Комбинированные системы движения.

Мы рассмотрим два первых варианта, как наиболее перспективные модели ГД.

Большинство судов сегодня двигаются при помощи одного дизеля, - испытанная и одобренная система. Основное достоинство, - это высокая эффективность, на 60% больше, чем у турбины. Небольшое помещение МО и сравнительно низкая начальная стоимость.

Это также низкая стоимость излишков, по сравнению с паровой турбиной.

В случае неисправности дизеля, установленный на его валу электромотор, работающий от дизель-генератора, сможет вращать винт, что позволит судну двигаться с безопасной скоростью. Это уже сделано на некоторых судах химовозах.

Другое достоинство, - это количество доставленного СПГ в порт выгрузки. Оно значительно увеличивается, так как прекращается его сжигание. Один из потенциальных недостатков, - увеличение NOx и SOx эмиссии, так как ГД работает на мазуте, однако количество СО2 снижается.

Рисунок В2.

Двух топливный дизель-электрический движитель, где дизеля могут использовать газ как топливо. Газ впрыскивается в воздушный приемник и к нему добавляется небольшое количество топлива в камере сгорания для воспламенения смеси газ/воздух. Здесь можно применить только MDO, полное переключение на которое, возможно в течение одного оборота дизеля. Система очень экологична. При использовании СПГ получается очень небольшое количество NOx и SOx и без твердых частиц продуктов сгорания.

Уменьшится и количество СО2, приблизительно на 100000 м3 в год по сравнению со стандартной паровой установкой.

Рисунок В2.

Четыре дизеля вращают генераторы, которые вырабатывают электроэнергию для главных электромоторов и других потребителей.

Это дает высокую гибкость при различных операций. Общая потребляемая мощность меньше, чем в других системах движителей из-за этой гибкости. Здесь отпадает необходимость системы ГД – Редуктор – Вал. Дизеля могут располагаться на более высокой палубе, что уменьшит размер МО.

Даже в случае неисправности 2-х дизелей, судно будет иметь возможность двигаться с 75% построечной скорости. На судне с грузовместимостью 145000м3, оно сможет взять на 5000м3 больше груза, чем с паровой турбиной. Недостаток этой системы, - более высокая начальная цена и потеря некоторой эффективности в процессе генерирования электроэнергии.

Рисунок В3.

На примере судна с грузовместимостью 145000 м3 произведем сравнение характеристик при различных системах движителя.

Рисунок В4 показывает разницу в грузовместимости, которая может быть достигнута при различных вариантах использования движителя. Скорость выкипа 0.15 % в сутки.

Длина максимальная	280.0 метров
Длина между перпендикулярами	268.0 метров
Ширина максимальная	43.2 метра
Высота борта	26.1 метра
Груз (100% - паровая турбина)	145500 м3
Груз (100% - дизель)	149000 м3
Груз (100% - дизель- электрический)	150500 м3
GRT	95500 тонн
Осадка (пар / дизель-электрический)	11.95 метра
DWT	72700 тонн
Осадка (дизель)	12.1 метра
DWT	74300 тонн
Скорость	19.5 узла

График В5 и таблицы В6 и В7 показывают количество необходимой энергии, начальной стоимости и эффективности различных систем.

Разница в потребляемой мощности не большая из-за различных потерь между винтом и машиной или турбиной. Так как дизель-электрический вариант производит электроэнергию, потеря эффективности больше, чем для механического вращения винта.

Таблица В6. Сравнение эффективности движителей

Паровая турбина		Двух топливный ГД		2-х тактный ГД
Топливо/газ	1.00	Топливо/Газ	1.0	Топливо	1.0
Котлы	0.88	Генераторы	0.97	2-х тактный ГД	0.49
Турбина	0.35	Преобразователи	0.98
Редуктор	0.98	Электромоторы	0.96
Вал	0.99	Вал	0.99		0.99
		Двух топливный ГД	0.98/0.46
ВСЕГО	0.30		0.98/0.43		0.48

Таблица В7. Сравнение первоначальной стоимости в млн. дол. США. (2002 г.)

Паровая турбина		Двух топливный ГД		2-х тактный ГД
Турбина + Котлы	13.5	4 двух топл. ГД	11.50	ГД	7.20
Редуктор	3.0	2 электромотора	5.50	УПСГ	6.00
2 турбо генератора	1.6	Редукторы 2-х топл	2.20	Котел для сжигания	0.30
1 дизель генератор	0.9	Котел для сжигания	0.30	3 дизель генератора	2.70
Винт + Вал	0.65	Термоокислитель	0.50	Винт + Вал	0.65
Рулевое устройство	0.25	Винт + Вал	0.65	Рулевое устройство	0.25
		Рулевое устройство	0.25
ВСЕГО	19.90		20.90		17.10

Рисунок В8, показывает стоимость расходуемого топлива в процентном соотношении со «стандартным» судом, расходы которого принимаются за 100%.

На рисунках В9, В10, и В11 показаны сравнения экономических показателей «стандартного» судна с судами на разных направления , на которых используются различные типы двигателей.

Рисунок В9.

Рисунок В10.

Рисунок В11.

Рисунок В12, показывает пример возможностей УПСГ. Кривая показывает потребность в СПГ для дизель-электрического движителя при заданной скорости и скорости выкипа 0,15% в день, что составляет около 100 тонн в сутки для судна вместимостью 142000 м3.

Заштрихованная часть к верху от кривой, обозначает чрезмерное выпаривание. Если, для примера, судно работает со скоростью 18 узлов, тогда 25 тонн лишнего выкипа будет теряться каждый день, если на судне отсутствует УПСГ. Чем ниже скорость эксплуатации судна, тем выгоднее иметь на борту УПСГ. Это делает судно более гибким к выбору топлива в будущем, в случае резкого повышения цен на него.

Рисунок В12.

Анализ показывает, что есть веские причины для отказа от паровой турбины.

Дизель электрическое судно с УПСГ, возможно является наиболее обещающим решением для текущего и будущего судостроения судов для СПГ, особенно в уменьшении эмиссии NOx, SOx, CO2, гибкость в выборе топлива и развития перевозок СПГ

Коды и Правила.

Существуют три различных кода для газовозов:

Код для существующих судов перевозящих сжиженный газ наливом (построенных до 31 декабря 1976)

Код для постройки и оборудования судов перевозящих сжиженный газ наливом ( суда построенных после 31 декабря 1976, но до 1 июля 1986)

Международный код постройки и оборудования судов, перевозящих сжиженный газ наливом (суда построенные после 1 июля 1986)

Оригинальный IGC MSC.5(48) был изменен MSC.30(61), который действует с 1 октября 1994, и MSC.32(63) + MSC.59(67), оба действуют для судов построенных после 1 июля 1998.

Certificate of Fitness (COF) – сертификат годности к перевозке сжиженных газов наливом, - его наличие на борту обязательно для газовозов, а проформа приведена в приложении к IGC Коду.

Сжиженный газ, - это жидкая форма вещества, которое при обычной температуре (окружающей среды) и атмосферном давлении находится в газообразном состоянии.

IMO IGC Гл.3

Жидкость с давлением паров, превышающем 2,8 бар абс. (40 psi), при температуре 37.8 (100 F), называется сжиженным газом(для транспортировки).

Точка кипения может быть настолько низка, что вещество трудно перевозить методом, отличным от перевозки сжиженных газов

Давление паров, опасность для человека и огнеопасность, - определяющие факторы

В IGC Гл.19, приведен список веществ, обозначенных как сжиженные газы при транспортировке морем.

Некоторые из них указываются как в IGC, так и в BCH и IBC кодах.

Сжиженный газ	Давление паров ( бар абсолютное) при Т= 37.8 С	Точка кипения при атмосферном давлении (С)
Метан	Газ (-82.5/44.7)	- 161.5
Пропан	12.9	- 42.3
Бутан (Н)	3.6	- 0.5
Аммиак	14.7	- 33.4
Винилхлорид	5.7	- 13.8
Бутадиен	4.0	- 5.0
Этилен оксид	2.7	+ 10.7

USCG внес некоторые изменения в определение понятия сжиженный газ, изменив давление 2.8 бар на 1.76 бар. Это изменение не было одобрено ММО, хотя и не встретило особых возражений.

Некоторые правила вообще не внесены в МГК, так, например замещение воздуха в воздушном шлюзе (3.6.1), хотя оно и предполагается как 12 объемов в час.

Также предполагается, что межбарьерное пространство должно быть снабжено осушительной системой для откатки соответствующей жидкости в случае утечки или повреждения танка. Такое оборудование должно возвращать откатанный груз в танк.

Глава 4 МГК включает положение для оценки изоляции и противостояния стали корпуса, в целях расчета конструкции, подразумевая, что грузовой танк и вторичный барьер, если установлен, соответствуют расчетной температуре груза и расчетным температурам окружающего воздуха и воды???

В общем, для всего мира:

Воздух +5С (+41 Ф)

Вода 0С (+32 Ф)

Глава 4 также дает возможность администрации устанавливать более высокие или низкие температуры окружающей среды:

Для всего мира, исключая Аляску:

Воздух (5 узлов) - 18С (+/-0 Ф)

Вода (спокойная) 0С (+32Ф)

Для Аляски Воздух (5 узлов) - 29С (-20Ф)

Вода (спокойная) -2С (+28Ф)

Код требует, чтобы грузовая система судна перевозящего сжиженный газ, была способна выдерживать полное давление паров груза или иметь средства поддерживать давление в танках ниже безопасного установочного давления. Для судов метановозов эта система должна выполнять эту функцию не менее 21 дня. Есть несколько способов работы такой системы,- сжижение пара, сжигание в котле или каталитическом подогревателе, использование пара как топливо, комбинация этих методов. Использование испарившегося газа для метановозов ограничено. Использование нефтяных газов как топлива запрещено, так как они тяжелее воздуха.

Свойства СПГ.

Таблица 2.1а. Физические свойства СПГ

		Метан CH4	Этан C2H6	Пропан C3H8	Бутан C4H10	Пентан C5H12	Азот N2
Мол.Вес		16.042	30.068	44..094	58.120	72.150	28.016
Тем.Кип. 1 атм.абс	С	-161.5	-88.6	-42.5	-5	36.1	-196
Плотность Тем.кип.	кг/м3	426.0	544.1	580.7	601.8	610.2	808.6
Уд.Вес пара 15С и 1 атм.аб.	кг/м3	0.554	1.046	1.540	2.07	2.49	0.97
Отношен. Об.газа к Об.жид. при ТК и 1 атм.абс.
Пределы восплам.в воздухе	%	5.3 - 14	3 -12.5	2.1 – 9.5	2 -9.5	3 -12.4	Не горит
Тем.само-восплам.	С			510/583	510/583
Макс.удел. Энергия 15С н/из	кдж/кг	55.559	51.916	50.367	49.530 49.404	49.069 48.944
Теплота Испар. При Тем.кипен.	кдж/кг	510.4	489.9	426.2	385.2	357.6	199.3

Таблица 2.1б. Составляющие СПГ.

		Ras-Laffan	Das Islands	Standard
Метан	CH4	90.28%	84.5%	89.63%
Этан	C2H6	6.33%	12.9%	6.32
Пропан	C3H8	2.49%	1.5%	2.16
Бутан	C4H10	0.49%	0.5%	1.2
Изо-бутан	C4H10	0.00%	0.00%	0.00
Пентан	C5H12	0.02%	0.00%	0.00
Изо-пентан	C5H12	0.00%	0.00%	0.00
Азот	N2	0.41%	0.6%	0.69
Сред.Мол.Вес		17.88	18.56	18.12
Тем.Кип.атм.дав.		-160.8С	-161.0С	-160.9С
Плотность кг/м3		461.8	456.8	459.4
Макс.Удел.Энерг. кдж/кг		54.414	54.031	54.090

Во время морского перехода, тепло передается СПГ через изоляцию танка, вызывая испарение части груза, так называемое выкипание. Состав СПГ изменяется за счет выкипания, так как более легкие компоненты, имеющие низкую температуру кипения, испаряются первыми. Поэтому, выгружаемый СПГ имеет большую плотность, чем тот, который грузился, ниже процент содержания метана и азота, но выше процент содержания этана, пропана, бутана и пентана.

Предел воспламеняемости метана в воздухе (21% О2) приблизительно от 5.3 до 14% по объему. Для уменьшения этого предела, перед началом погрузки воздух удаляется из танков при помощи азота до содержания кислорода 2%. В теории, врыв не произойдет, если содержание кислорода в смеси ниже 13% по отношению к процентному содержанию метана. Для безопасности, на практике, инертизация продолжается пока содержание кислорода не будет ниже 2%. Причина этого будет объяснена позже.

Выкипевший пар СПГ легче, чем воздух при температуре -110С, или выше,- зависит от состава СПГ. В связи с этим, пар будет стремиться уйти вверх над мачтой и быстро рассеиваться. Когда холодный пар смешан с окружающим воздухом, смесь пар/воздух будет хорошо видна как белое облако из-за конденсации влаги в воздухе. Обычно принято считать, что предел воспламеняемости смеси пар/воздух не распространяется слишком далеко за пределы этого белого облака.

Температура самовоспламенения метана, то есть минимальная температура нагрева газа, при которой он самовоспламеняется без постороннего источника открытого огня, - 595С.

Критическая температура метана – 82.5С, а критическое давление 43 бар абс.

Температура кипения метана увеличивается при увеличении давления, и это изменение показано на диаграмме для чистого метана. Это давление конечно выше, чем при перевозке метана на судне. Присутствие тяжелых компонентов в СПГ увеличивает температуру кипения для заданного давления. Отношение между температурой кипения и давлением СПГ будет приблизительно следовать параллельно линии чистого метана.

Таблица 2.1в. Зависимость температуры кипения метана о давления.

Плотность паров метана значительно меняется в зависимости от температуры, и при температуре около -100С она равна плотности воздуха (при плотности воздуха 1.27 кг/м3 при 15С).

Таблица 2.1г. Зависимость плотности паров метана от температуры.

Характеристики СПГ

Диаграмма 2.2.1а.

Вертикальная ось A-B представляет смесь кислорода и азота без метана, в пределах от 0% кислорода (100% азота) в точке А, до 21% кислорода(79% азота) в точке В, которая представляет собой атмосферный воздух.

Горизонтальная ось А-С представляет собой смесь метана и азота без кислорода, в пределах от 0% метана(100% азота) в точке А и 100% метана в точке С (0% азота).

Каждая точка диаграммы в треугольнике АВС представляет собой смесь всех трех компонентов, - метана, азота и воздуха, каждые в своей пропорции к общему объему.

Эти пропорции могут быть сняты с диаграммы в любой точке. Для примера точка D:

Метан: 6% по шкале А-С

Кислород: 12.2 % по шкале А-В

Азот: 81.8 как остаток

Диаграмма состоит из трех главных секторов.

1. Зона воспламеняемости EDF, каждая точка внутри этой зоны представляет собой горючую смесь.

2. Зона HDFC. Любая смесь компонентов представленная точкой внутри этой зоны способна формировать горючую смесь с воздухом, но содержит слишком много метана, чтобы воспламениться без него.

3. Зона ABEDH. Любая смесь компонентов представленная точкой внутри этой зоны не способна формировать горючую смесь при смешивании с воздухом.

Использование диаграммы.

Предположим, что точка Y на оси кислород-азот соединена с точкой Z на оси метан-азот прямой линией. Если смесь кислород-азот в точке Y смешать со смесью метан-азот в точке Z, смесь, полученная в результате, будет представлена точкой X, которая, двигаясь от Y к Z, будет добавлять количество смеси Z. В этом примере точка Х, представляющая изменение состава, проходит через зону воспламенения EDF, то есть когда содержание метана в смеси между 5.5% в точке М, и 9.0% в точке N.

Применяя это к процессу инертизации грузового танка перед охлаждением, предполагаем, что танк наполнен воздухом, точка В. Азот добавляется до тех пор, пока содержание кислорода не уменьшится до 13% , точка G. Добавление метана, изменит состав смеси вдоль линии GDC, которая не проходит через зону воспламенения, но почти касается ее в точке D. Если содержание кислорода еще уменьшить, перед добавлением метана, до любой точки между 0% и 13%, то изменение смеси добавлением метана никогда не пройдет через зону воспламенения. Поэтому теоретически необходимо добавлять азот в танк до уменьшения содержания кислорода в нем до 13%. Однако, на практике, содержание кислорода уменьшается до 2%, так как достичь полностью равномерной смеси в танке не возможно.

Когда танк наполненный метаном, начинают заполнять азотом, перед продувкой воздухом, необходимо выполнить похожую процедуру. Предположим, что азот добавляется в танк содержащий метан в точке С, до содержания метана 14% в точке Н. При добавлении воздуха, состав смеси будет двигаться по линии HDB, которая касается зоны воспламенения в точке D, но не проходит через нее. По тем же причинам, что были изложены выше, содержание метана в танке понижается до 5%, так как на практике, равномерная смесь метана и азота может не получиться.

Процедуры для избежания прохождения через зону воспламенения можно подытожить следующим образом:

1. Танки и трубы, содержащие воздух должны быть продуты азотом перед метаном до содержания кислорода в них не более 5% или ниже.
2. Танки и трубы, содержащие метан, должны быть продуты азотом перед воздухом до содержания метана в них не более 5% или ниже.

Для этих целей на судне должен быть OXIMETR & TANKSCOPE.

Разлив в воду.

• Кипение метана очень быстрое, из-за большой разницы в температурах воды и жидкого метана.
• СПГ быстро распространяется на большую площадь, что ведет к огромной скорости испарения, до тех пор, пока оно не закончится(Rapid Phase of Transition RPT).
• Сплошной слой льда не формируется.
• При некоторых условиях, при концентрации метана менее 40%, возможны беспламенные взрывы при соприкосновении с водой. Это является результатом пограничного феномена, когда СПГ местами сильно перегревается, до начала быстрого кипения. Однако, коммерческий СПГ содержит большее количество метана чем 40%, и потребуется некоторое время, до достижения такой концентрации.
• Взрывоопасное облако СПГ и воздуха может простираться на большие дистанции понизу, при отсутствии топографических препятствий, которые создают турбулентность, так как только при температуре – 100С метан легче воздуха.

Облака пара.

1. Если не произошло мгновенного воспламенения разлива СПГ, формируется облако пара. Оно длинное, тонкое, сигарообразное и при некоторых метеоусловиях может пройти значительное расстояние, пока концентрация уменьшится до безопасных пределов. Это очень важно, так как при воспламенении огонь распространяется в направлении источника разлива. Холодный пар тяжелее воздуха, и поэтому вначале стелется по поверхности. Рассеивание облака напрямую зависит от погодных условий.
2. Особая опасность исходит от облака СПГ когда оно воспламеняется. Выделяется огромное количество теплоты. Вызванные этим ожоги летальны для людей оказавшихся внутри облака или вблизи его. Даже на некотором расстоянии от этого огненного шара люди страдают от тепловой радиации.

Реактивность.

При больших концентрациях метан приводит к удушению. Метан это насыщенный, предельный углеводород, очень летучий, нерастворимый в воде и поэтому не является сильным загрязнителем воды и воздуха. Из ряда алканов. При высоких температурах и под воздействием ультрафиолетового излучения вступает в реакцию с галогенами, такими как хлор, бром и т.д. Хлорметан используется в холодильной промышленности. При определенной температуре и давлении могут образовываться гидраты, физическое соединение с водой.

Криогенные температуры.

Контакт с СПГ или материалами, охлажденными до его температуры, около -160С, уничтожает все живое.

Большинство металлов теряют свою гибкость при таких температурах. СПГ может вызвать хрупкий разлом (BRITTLE FRACTURE)многих металлов. В случае разлива СПГ на палубу судна, высоко термальное напряжение, генерируемое ограниченной возможностью стального листа сжиматься, приводит к его разрушению.

Азот.

Азот используется для заполнения изоляционных пространств, для продувки грузовых труб, тушения пожара в вентиляционной мачте и для герметизации газовых компрессоров.

На судах, где имеется установка повторного сжижения метана, азот используется как охлаждающий агент.

Он производится либо испарением жидкого азота, доставляемого с берега, либо при помощи судовых генераторов азота, принцип действия которых основан на фильтрации азота и кислорода из воздуха при помощи мембран или фильтров.

Физические свойства азота.

Азот наиболее распространенный газ в природе, так как его содержание в атмосфере около 79%.

При комнатной температуре, азот без цветный и без запаха газ. Его плотность близка к плотности воздуха, 1.25 кг/м3 при стандартных условиях.

Жидкий азот имеет температуру -196С при атмосферном давлении, плотность 810 кг/м3 и теплоту испарения 199 кдж/кг.

Характеристики азота.

Молекулярный вес	28.016
Температура кипения при 1 атм.абс.	-196С
Удельный вес жидкости при темп. Кипения кг/м3	1.81
Удельный вес пара при 15С и 1 атм.абс.кг/м3	0.97
Отношение объемов газа и жидкости -196С
Пределы воспламеняемости	Нет
Точка росы 100% чистого азота	Ниже -80С

Химические свойства.

Азот, - это инертный газ, не горит и без химической активности. Однако при высоких температурах может вступать в реакцию с другими газами и металлами.

Опасности.

Обладает удушающим эффектом. В жидком состоянии при температуре -196С уничтожает все живое. Разлив на палубу или конструкции судна ведет к тем же эффектом, что и СПГ. Теряется гибкость.

Инертный газ (IG).

Инертный газ используется для уменьшения содержания кислорода в грузовой системе, танках, трубопроводах и компрессорах, для предотвращения образования смеси воздух/метан перед вентиляцией воздухом после подогрева и т.д.

Инертный газ производится на борту судна при помощи установки инертного газа, сжигая газойль с низким содержанием серы. Точка росы желательно – 45С.

Диаграмма 2.5 а.

Поэтому, в конструкциях судов для перевозки СПГ применяются специальные материалы, которые не теряют своих прочностных характеристик при низких температурах. Это ИНВАР (36% никель-железо сплав), аустенитная нержавеющая сталь, 9% никелевая сталь, сплавы алюминия, такие как 5083 сплав.

Все эти материалы сохраняют свои прочностные характеристики при низких, -162С температурах, и противостоят даже перегрузкам, сохраняя свои непроницаемость.

Для избежания хрупкого излома обычных сталей, должны быть приняты соответствующие меры для предотвращения контакта СПГ или азота с ними.

Дополнительно, должно иметься специальное оборудование на случай утечки СПГ или азота. Районы манифолдов оборудованы поддоном, из специальной стали, который при разливе не дает распространиться низкотемпературной жидкости, и существует возможность дренировать эту жидкость за борт. Судно в районе манифолда оборудовано водяной завесой, работающей от пожарного насоса. Пожарный насос должен быть всегда под давлением и водяная завеса в действии при любых грузовых операциях.

Дополнительно, пожарные шланги должны быть проложены к каждому куполу, для обработки любой маленькой утечки из клапана или фланца. Постоянные поддоны должны быть установлены под оборудованием, которое наиболее вероятно может создать проблемы и переносные поддоны должны быть готовы для немедленного использования в случае возможных утечек.

Во время любых перемещений груза, и особенно во время погрузки/выгрузки, должен быть организован постоянный обход на палубе для своевременного обнаружения утечки.

В случае разлива или утечки, водяной спрей должен быть направлен в это место для рассеивания и испарения жидкости, а главное для защиты обычной стали. Утечка должна быть ликвидирована, при необходимости даже остановив грузовые операции.

В случае большого разлива или утечки, грузовые операции должны быть остановлены немедленно, объявлена тревога и включено палубное орошение.

Опасности для персонала.

Метан.

Рисунок 2.6 а.

Азот.

Рисунок 2.6 б.

Общие положения.

Концепция конструкции грузовой системы, определяет количество грузовых танков, их расположение, форму и структуру их тепловой изоляции. Сюда относится расположение и конструкция балластных танков, коффердамов, трюмных пространств. Очень важным моментом является система крепления грузовых танков.

IMO Ch.2 разделяет суда, перевозящие сжиженные газы на 3 группы- 1G,2G,3G.

Критерии, - расположение танков и способность к выживанию при столкновении и посадке на мель

При посадке на мель размеры повреждения вверх В/15 или 2 метра, что меньше по всей длине судна

При столкновении размеры повреждения по длине 1/3 L 2/3 или 14,5 м, что меньше; по глубине В/5 или 11,5 м, что меньше; по высоте,- без ограничений.

Тип 1 G - судно намеревающееся перевозить груз указанный в Гл.19, который требует максимальных превентивных мер для предотвращения разлива этого груза

Тип 2 G - судно намеревающееся перевозить груз указанный в Гл.19, который требует значит