Особенности проектирования судов-бункеровщиков сжиженным природным газом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.03, кандидат наук Реуцкий Александр Сергеевич

• Реуцкий Александр Сергеевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Реуцкий Александр Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Техническая и правовая база формирования облика судна-бункеровщика СПГ как объекта проектирования, постройки и эксплуатации

1.1 Анализ предпосылок использования СПГ в качестве судового топлива

1.2 Анализ судов-бункеровщиков СПГ как составной части бункеровочного комплекса газомоторным топливом

1.2.1 Анализ существующих архитектурно-конструктивных типов судов-бункеровщиков СПГ

1.2.2 Системный анализ сложившихся архитектурно-конструктивных типов судов-бункеровщиков СПГ Обоснование особенностей их компоновки и комплектации профильным оборудованием

1.2.3 Общие проектные рекомендации по результатам анализа опыта постройки и эксплуатации существующих судов-бункеровщиков СПГ

1.3 Термодинамические аспекты хранения СПГ в судовом танке

1.4 Функционирование, состав и характеристики элементов грузовой системы бункеровщика СПГ

1.5 Анализ нормативных требований по проектированию, постройке и эксплуатации судов-бункеровщиков СПГ

1.5.1 Основные нормативно-правовые инструменты, регулирующие использование СПГ в качестве судового топлива

1.5.2 Международные стандарты в области бункеровки СПГ

1.5.3 Руководства и рекомендации в области бункеровки СПГ

1.5.4 Российская нормативная база

1.6 Обоснование типа расчетной модели определения характеристик СПГ бункеровщиков

1.7 Выводы по главе

Глава 2. Разработка математических моделей операций приема и передачи сжиженного природного газа и процесса хранения его в судовом танке. Формирование методики расчета характеристик всех основных бункеровочных операций с СПГ

2.1 Алгоритмы моделирования процесса хранения сжиженного природного газа в судовом танке

2.2 Исходные данные для моделирования процесса хранения СПГ внутри грузового резервуара

2.2.1 Определение термодинамических параметров СПГ

2.2.2 Определение коэффициента передачи тепла от окружающей среды

2.2.3 Исходные данные, связанные с проектными характеристиками судна

2.3 Формирование алгоритма определения количества отпарного газа, образующегося при хранении СПГ в судовом танке

2.4 Формирование алгоритма определения количества отпарного газа, образующегося при захолаживании танков и грузовых труб

2.5 Формирование алгоритма определения количества отпарного газа, образующегося при бункеровке

2.6 Создание термодинамической модели испарения газа в топливных танках судов и танк-контейнерах при различных условиях внешней среды и различных конструктивных решениях по системе хранения

2.6.1 Описание компьютерных программ для расчета потерь СПГ

2.6.2 Построение регрессионной модели для оценки потерь СПГ от испарения в резервуарах различного типа

2.6.3 Построение регрессионной модели для оценки потерь СПГ при проведении операции захолаживания топливного танка бункеруемого газомоторного судна

2.6.4 Построение регрессионной модели для оценки потерь СПГ при проведении операции бункеровки газомоторного судна

2.7 Выводы по главе

Глава 3. Методика определения основных элементов и характеристик судов-бункеровщиков СПГ

3.1 Архитектурно-конструктивный тип судов-бункеровщиков СПГ

3.2 Разработка алгоритма определения основных проектных характеристик судов-бункеровщиков СПГ

3.3 Определение основных проектных характеристик судов-бункеровщиков СПГ

3.3.1 Определение главных размерений судов-бункеровщиков СПГ в первом приближении

3.3.2 Определение ширины судна-бункеровщика СПГ

3.3.3 Определение осадки судна-бункеровщика СПГ

3.3.4 Коэффициенты полноты и форма обводов судна-бункеровщика СПГ

3.3.5 Процедура расчета высоты надводного борта по Правилам о грузовой марке

3.3.6 Определение состава и основных характеристик винто-рулевого комплекса и подруливающих устройств

3.3.7 Расчет сопротивления воды движению судна

3.3.8 Алгоритм подбора гребного винта

3.3.9 Расчет потребной мощности энергетической установки на различных режимах её работы

3.3.10 Расчет объемов и площадей, необходимых для размещения на бункеровщике СПГ грузовой емкости

3.3.11 Расчет составляющих нагрузки бункеровщика и координат центра тяжести порожнем

3.3.12 Расчет составляющих дедвейта

3.3.13 Обеспечение остойчивости судна

3.4 Программная реализация методики проектирования судов-бункеровщиков СПГ

3.5 Тестовый расчет по проектированию судов-бункеровщиков СПГ и анализ результатов

3.5.1 Верификация расчетной модели судна

3.5.2 Анализ результатов исследования эффективности работы бункеровщиков исследуемого типа

3.6 Выводы по главе

Заключение и выводы

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности проектирования судов-бункеровщиков сжиженным природным газом»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Ключевым направлением государственной программы РФ «Развитие судостроения и техники для освоения месторождений на 2013...2030 годы» является ее топливно-энергетическая безопасность, которая должна обеспечиваться, в том числе, за счет создания уникальных объектов морской техники для формирования инфраструктуры морской бункеровки газомоторным топливом (далее - ГМТ) - сжиженным природным газом (далее - СПГ) на внешних и внутренних водных путях.

Это актуально с учетом вступающих в силу требований Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (далее - МАРПОЛ), жестко ограничивающих пока только в ряде регионов количество вредных выбросов в атмосферу судовыми энергетическими установками. Следовательно, традиционные сорта топлива в этих регионах более не могут использоваться судами. В качестве замены традиционным видам нефтяного топлива выступает природный газ. Из-за его малой плотности в естественном состоянии на транспортных средствах он используется в сжатом (компримированном) или сжиженном виде, что позволяет многократно увеличить его плотность, но создает массу встречных проблем. В жидкое состояние природный газ переходит при атмосферном давлении при температуре -162°С и при этой температуре он должен храниться до момента использования его по назначению, что приводит к необходимости применения соответствующего криогенного оборудования и обеспечения изоляции криогенных емкостей-хранилищ. Плотность СПГ составляет 0,42.0,49 т/м , что более чем в 600 раз выше таковой у природного газа в естественных условиях. Особенно важными у СПГ являются такие его свойства, как экологичность и высокая теплотворная способность.

Значительную роль играет наличие в европейском регионе большого количества производств и хранилищ СПГ, что делает сжиженный природный газ предпочтительным вариантом замены традиционных сортов топлива для морского транспорта. Эти обстоятельства актуализируют исследования, направленные на обеспечение эффективного снабжения бункерным топливом судов, начавших использование СПГ.

Судно-бункеровщик СПГ играет важную роль в снабжении газотопливных судов. Его функциями являются прием, хранение, безопасная и своевременная доставка, и передача сжиженного природного газа в нужном количестве на газомоторное судно (далее - ГМС). Использование бункеровщиков СПГ требует решения проблем, определяемых свойствами СПГ как рабочей среды. СПГ представляет собой криогенную жидкость, поэтому даже применение самых эффективных видов теплоизоляции не позволяет обеспечить его длительное хранение в судовых емкостях без образования так называемого отпарного газа (далее - ОГ). Очевидно, что

необходимо решение задач моделирования процесса хранения СПГ внутри судового грузового (на LNG-танкерах) или топливного резервуара и изучения физических моделей поведения и физико-химических свойств природного газа во всех его состояниях. Требуется формирование состава и характеристик оборудования и грузовой системы бункеровщика СПГ, и топливной системы судна, принимающего бункерный СПГ, а также самой технологической процедуры СПГ - бункеровки, и, на основе этого, - создание методики проектирования судна-бункеровщика СПГ. Именно исследование термодинамики и фазовых переходов природного газа, особенностей его хранения, транспортировки и передачи в сжиженном состоянии служит основой для создания и такой методики, и сопутствующих комплексов обеспечивающей инфраструктуры, а в целом, необходимо для решения проблем использования СПГ в качестве газомоторного топлива на водном транспорте.

Затраты на проектирование, постройку и эксплуатацию бункеровщиков СПГ составляют значительную часть от совокупной стоимости комплекса инфраструктуры снабжения судов СПГ что делает актуальной оптимизацию ТТХ бункеровщиков СПГ, как звена этой инфраструктуры. Утраты части груза, угрозы разлива, утечки СПГ при эксплуатации судна-бункеровщика СПГ сопряжены с колоссальными экологическими, финансовыми и репутационными потерями, ибо при каждой бункеровочной операции с СПГ происходит интенсивное испарение газа, то есть переход его из жидкого состояния снова в газообразное, сопряженное с резким повышением давления в грузовой емкости.

Формирование эффективной компоновочной схемы бункеровщика СПГ с учетом свойств СПГ как перевозимого им груза и особенностей логистической модели его эксплуатации является определяющей проблемой. Требуется получение специализированных расчетных моделей и алгоритмов, позволяющих осуществлять создание судна рассматриваемого назначения в соответствии с его техническим заданием (далее - ТЗ) и с учетом особенностей его эксплуатации. Судно-бункеровщик СПГ, осуществляя транспортировку опасного груза, обладает еще и нетипичной для грузового судна эксплуатационной схемой.

Решение проблемы оптимизации ТТХ бункеровщика СПГ с учетом свойств его груза и особенностей логистической модели его эксплуатации относится к числу многоуровневых задач проектирования сложных объектов морской техники, решаемых с использованием, в первую очередь, аппарата дисциплин теории проектирования судов и теории сложных систем, изложенных в работах Ногида Л.М., Ашика В.В., Бронникова А.В., Гайковича А.И., а также методов согласования и оптимизации проектных решений, принимаемых на этапах решения как внешней, так и внутренней задач проектирования судов, разработанных в работах Пашина В.М. и Гайковича А.И.

Развитие методологии исследовательского проектирования судов для перевозки сжиженного природного и нефтяного газов отражено в трудах Морейниса Ф.А., Демешко Г.Ф., Логачева С.И., Барабановой М.Н., Вашедченко А.Н., Михайлова Б.Н., Зайцева В.В., Баскакова С.П., Нахимовского М.А., Макарова В.Г. и др. В то же время специализированные модели для расчета и оптимизации характеристик судов-бункеровщиков СПГ отсутствуют как в отечественной, так и в зарубежной литературе. Разработка таких моделей требует знания современных методик и расчетных методов определения термодинамических характеристик и моделей поведения природного газа на стадиях его добычи, хранения и транспортировки. Среди исследовательских работ, посвященных данной проблеме, выделяются труды Арнольда К.С., Гвоздева Б.П., Костылева И.И., Козырева В.К., Баскакова Р.Р., Нахимовского М.А., Макарова В.Г., Рачевского Б.С., Сычева В.В., Вассермана А.А., Павловского В.А., Рахимова В.О., Чесноковой И.Г., Власьева М.В. и других ученых.

Особенностям применения природного газа в качестве топлива на морском транспорте посвящены труды как отечественных, так и зарубежных специалистов: Баракана Г.Х., Горбачева Г.В, Semolino P., Olsen G., Giacosa A. и других исследователей.

Проведение бункерных операций с использованием судна-бункеровщика СПГ как элемента портовой инфраструктуры исследовалось в работах Морейниса Ф.А., Луцкевича А.М., Lorentzen 0., Leisner V., Harperscheidt J., Dr. Gerdsmeyer. R-D., Isalski W.H., Holden, D., Brown A. и других авторов.

На формирование концепции настоящего исследования повлияли работы и рекомендации отечественных специалистов: Павловского В.А., Демешко Г.Ф., Крестьянцева А.Б., Таровика О.В., Топажа А.Г., Луцкевича А.М., Косоротова А.В., и автор выражает им свою признательность.

Целью настоящего исследования является формирование комплексной методики оптимизационного проектирования бункеровщиков СПГ с учетом особенностей их эксплуатации и свойств перевозимого ими груза. Она включает в себя набор алгоритмов, моделей и инструментов для расчета ТТХ судна, формирование модели процесса его эксплуатации и обоснование компоновочной схемы и комплектации профильным оборудованием.

Объектами исследования являются свойства и характеристики СПГ, элементы грузовой системы судна-бункеровщика СПГ, ТТХ судов-бункеровщиков СПГ, а также суда, использующие СПГ в качестве топлива.

Предметом исследования являются алгоритмы, математические модели и методы создания судов-бункеровщиков СПГ с условием рассмотрения их как сложной технической системы с учетом особенностей их эксплуатации.

Область исследования. Диссертационная работа соответствует паспорту специальности: 26.06.01 - «Техника и технологии кораблестроения и водного транспорта».

Задачи исследования:

1) Системный и ретроспективный анализ судов-бункеровщиков СПГ, являющихся составной частью комплекса бункеровки газомоторных судов СПГ - топливом с целью формирования математической модели судна-бункеровщика СПГ из условия представления его как объекта проектирования, постройки и эксплуатации;

2) Системный анализ свойств, характеристик и фазовых состояний природного газа при рассмотрении его и как энергетического продукта, и как объекта морской транспортировки;

3) Аналитическое исследование международной и отечественной нормативной базы по обеспечению безопасности при работе с природным газом, являющейся источником формирования комплекса бункеровки газомоторных судов СПГ в целом и обоснования компоновки, комплектации и эксплуатационных ограничений судна-бункеровщика СПГ как его составной части.

4) Формирование состава и обоснование характеристик системы загрузки, хранения и разгрузки СПГ, обеспечивающей функционирование судна-бункеровщика рассматриваемого типа.

5) Создание методики проектирования судна-бункеровщика СПГ, представляющей собой совокупность логических, аналитических и процедурных действий и операций, имеющих целью обоснование его облика, компоновки и комплектации специальным функциональным оборудованием, а также его свойств и характеристик - все с учетом технических, технологических, правовых, стоимостных и экологических аспектов.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в следующем:

1) Постановлена и решена научная проблема, касающаяся создания методики проектирования судна-бункеровщика СПГ, которая экономически и экологически значима и реализует проблему энергетической безопасности России;

2) Разработана практическая модель системы хранения СПГ как груза на борту судна-бункеровщика, построенная на учете термодинамических особенностей, свойств и характеристик СПГ, рассматриваемого в качестве объекта приема, хранения и передачи на бункеруемые суда;

3) Сформированы базовые организационные принципы и технологии обеспечения безопасного и длительного хранения СПГ на борту судна-бункеровщика;

4) Созданы проектные алгоритм и комплексная методика определения свойств и ТТХ судна-бункеровщика СПГ, а также его грузового резервуара в соответствии с ТЗ и

требованиями нормативного обеспечения и с учетом условий и логистических схем его эксплуатации, представленные в виде апробированных прикладных компьютерных программ.

Практическая значимость работы.

Разработаны проектные методики и алгоритмы, реализованные в виде специализированного программного комплекса, который может быть использован на ранних стадиях проектирования как элементов системы приема, хранения и передачи СПГ на судне-бункеровщике, так и самого судна в целом. Выполненные в диссертации систематизация и анализ факторов, оказывающих влияние на эффективность судна-бункеровщика СПГ представлены как база знаний при создании инфраструктуры бункеровки СПГ, а также новых проектов специализированных судов-бункеровщиков и систем снабжения СПГ, как бункерным топливом. В процессе выполнения диссертационного исследования автором был получена полезная модель к патенту (полезная модель к патенту RU 157 929 U1), патент на емкость для хранения СПГ (патент № RU 264 9725 C1), а также патент на судно-бункеровщик СПГ модульного типа (патент № RU 269 9004). В процессе выполнения диссертационного исследования автором получено три свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ (№ 2018664683, 2018664684 и 2019662906).

Методы исследования:

Проведенное исследование базируется на научных методах и аппарате следующих дисциплин:

• термодинамика углеводородных газов;

• теория проектирования судов;

• статистические методы осреднения, сглаживания, экстраполяции при построении эмпирических зависимостей, аппарат регрессионного анализа;

• теория сложных технических систем;

• теория и методы оптимизации в проектных решениях.

При выполнении вариантных расчетов и построении графических зависимостей использовались программные продукты, в том числе и созданные автором диссертационного исследования: AnyLogic, Aspen HYSYS, ANSYS, AutoCad, Solid Works, «Диалог-Статик», Microsoft Excel, «Программа для термодинамического моделирования испарения газа в топливных танках судов и танк-контейнерах», «Программа расчета параметров емкости СПГ», «Программный комплекс для решения задач логистической поддержки сервиса бункеровки судов ГМТ и определения необходимого состава бункеровочной инфраструктуры на внутренних водных путях», LNG Bunkership и др.

Информационную базу исследования составили статистические данные, полученные из открытых источников, данные Минпромторга России, оценки компетентных в этой области

экспертов, статистические данные. Для формирования теоретической и методологической базы были использованы упомянутые в списке использованной литературы труды российских и зарубежных ученых, посвященные вопросам транспортировки, хранения и передачи сжиженного природного газа, включая аспекты его морской транспортировки.

На защиту выносятся следующие положения:

1) результаты систематизации и анализа ТТХ судов-бункеровщиков СПГ как составной части бункеровочного комплекса снабжения судов газомоторным топливом;

2) математическая модель использования свойств, характеристик и фазовых состояний природного газа как объекта его морской транспортировки в сжиженном состоянии при проектировании судна - бункеровщика СНГ;

3) обоснование состава и характеристик системы загрузки, хранения и разгрузки сжиженного природного газа, обеспечивающей работу судна-бункеровщика СПГ;

4) совокупность расчетных алгоритмов и комплексная методика оптимизационного проектирования судна-бункеровщика СПГ и его подсистем.

Достоверность полученных результатов обеспечивается проведенной с использованием разработанных методик и программного обеспечения проверкой теоретических обобщений обширными аналитическими расчетами, результаты которых сопоставлены со статистическими данными по существующим объектам рассматриваемого типа, чем получено подтверждение достоверности и адекватности теоретических положений, концептуальных посылок и совокупности проектных рекомендаций, полученных в диссертационном исследовании.

Внедрение результатов работы. Результаты исследования использовались при выполнении различных НИР во ФГУП «Крыловский государственный научный центр» за период с 2015 по 2019 год, в том числе:

1) НИОКР «Разработка концептуального проекта модернизации маломерного рыболовецкого траулера по типу пр. 1328 («Балтика») для Северо-Западного региона России с вариантом использования в качестве основного топлива сжиженного природного газа и с возможностью использования функции прохождения промысловой практики и обучения будущих специалистов отраслевых учебных заведений», заказчик Минпромторг России. Результатом интеллектуальной деятельности по обозначенной НИР выступил патент «емкость для хранения СПГ» №2649725;

2) НИОКР «Разработка концептуального проекта судна для снабжения объектов водного транспорта и береговых потребителей газообразным и жидким топливом актуальной номенклатуры в морской оффшорной и прибрежной зонах российской Арктики», заказчик Минпромторг России. Полученные в результате диссертационного исследования основные

проектные рекомендации были использованы при формировании облика концептуального проекта судна и послужили основой для решения внутренних задач проектирования;

3) НИОКР «Создание технологии для решения задач логистической поддержки сервиса бункеровки судов ГМТ и определения необходимого состава бункеровочной инфраструктуры на внутренних водных путях РФ», заказчик Минпромторг России. Полученный в результате диссертационного исследования программный комплекс был использован при формировании внутреннего стандарта предприятия (имеются акты внедрения и свидетельства о регистрации);

4) НИР «Анализ технологий проведения бункеровки морских и речных судов СПГ и связанных с нею грузовых операций, включая бункеровку из стационарных береговых и мобильных хранилищ (криогенных автоцистерн, криогенных танк-контейнеров, а также из криогенных железнодорожных цистерн). Разработка ГОСТ Р «Нефтяная и газовая промышленность. Грузовые операции и бункеровка сжиженным природным газом. Общие требования», заказчик АО «ЦНИИМФ». Результатом деятельности по обозначенной НИР выступил проект государственного стандарта ГОСТ Р «Нефтяная и газовая промышленность. Грузовые операции и бункеровка сжиженным природным газом. Общие требования».

Личный вклад автора в решение поставленных задач состоит в:

1) разработке и формулировании цели и задач исследования,

2) определении направлений и формировании теоретических исследований,

3) решении проблемы создания расчетных алгоритмов и комплексной методики определения облика, размерений, ТТХ, комплектации и компоновки судна-бункеровщика СПГ с учетом особенностей модели его эксплуатации и свойств сжиженного газа - все в оптимизационной постановке,

4) создании расчетных алгоритмов и соответствующего программного обеспечения для определения параметров и характеристик перевозимого и передаваемого на бункеруемые суда СПГ,

5) разработке универсальных проектных рекомендаций по созданию судов-бункеровщиков СПГ и бункеровочного комплекса СПГ в целом.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: «Конкурс выпускных работ Российского Морского Регистра и Bureau Veritas, 2015»; X Всероссийский Форум «Современное состояние и перспективы развития российского рынка бункеровочных услуг, 2017»; Научно-техническая конференция консультационной группы CREON ENERGY «Сжиженный природный газ как морское бункерное топливо: перспективы развития, 2017»; Научно-техническая конференция консультационной группы CREON ENERGY «Сжиженный природный газ как морское бункерное топливо: перспективы развития, 2018»; Научно-техническая конференция по

строительной механике корабля, посвященная памяти д.т.н. профессора В.А. Постнова, 2018; Научно-техническая конференция по строительной механике корабля, посвященная 125 -летию со дня основания ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2018; Научно-техническая конференция по строительной механике корабля, посвященная памяти д.т.н., проф. О.М. Палия, 2019.

Публикации результатов исследований. Результаты исследований опубликованы в 1 монографии, представлены в 4 НИР за 2015 - 2019 гг. По теме диссертации опубликованы 9 статей, 4 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК. В процессе выполнения диссертационного исследования получены 3 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ, 3 патента на изобретение и 1 патент (свидетельство) на полезную модель.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 197 страницах машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, включающих 81 рисунок и 19 таблиц, списка сокращений и условных обозначений и списка использованной литературы из 185 источников. Дополнительная информация по результатам диссертационного исследования приводится в 8 приложениях.

ГЛАВА 1. ТЕХНИЧЕСКАЯ И ПРАВОВАЯ БАЗА ФОРМИРОВАНИЯ ОБЛИКА СУДНА-БУНКЕРОВЩИКА СПГ КАК ОБЪЕКТА ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ПОСТРОЙКИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.1 Анализ предпосылок использования СПГ в качестве судового топлива

За последние десятилетия мировое потребление энергии выросло в разы. На рисунке 1.1 показана статистика производства энергии на примере США как ее крупнейшего потребителя (из различных источников) за последние 60 лет. Кривая природного газа показывает, что его доля в мировом энергопотреблении неуклонно растет и становится доминирующей. Это связано не только с повышающейся ценой на нефть и нефтепродукты, но и с принятием новых экологических требований, жестко ограничивающих количество вредных выбросов в атмосферу.

30- 10"вти

1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Рисунок 1.1 — Производство энергии в США за последние 65 лет [1]

На данный момент особое внимание судовладельцев и судостроителей привлекает приложение VI морской конвенции МАРПОЛ, определяющее предельное содержание вредных веществ, попадающих в атмосферу в результате сжигания топлива в судовых энергоустановках. Это касается выбросов в атмосферу оксидов серы и азота, углекислого газа и твердых частиц. При этом морская администрация каждой страны вправе устанавливать в своих портах ещё более жёсткие нормы. Так, европейская комиссия установила, что с 01.01.2010 года выброс оксида серы с любого судна при нахождении в порту ЕС не должен превышать 0,1%.

Приложением VI МК МАРПОЛ 73/78 ИМО дополнительно установлены особые районы контроля выбросов серы (SECA - Sulphur Emission Control Areas), такие, как Балтийское и Северное моря, пролив Ла-Манш, прибрежные воды США и ряд других акваторий, в границах которых намечено многократно сократить выбросы серы с судов. На рисунке 1.2 показана североевропейская зона SECA, включающая в себя бассейны Балтийского и Северного морей и Ла-Манша. Перечень таких особых районов в ближайшее время будет существенно расширен.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ НА СХЕМЕ:

I I Территория Роосийошй Федерации I I - Акватория входящая в эоиу SECA I I - Акватория, не входящая в зону SECA Ir—i - Граница зоны SECA (с указанием носрдовт)

I—I - Средняя мнсгопетняя граница распространения пгавучих гьдов в зимние месяцы I I - Акватория, ооычио пофьггая ггавучнкч гъдамл в зимние месяцы

Рисунок 1.2 — Североевропейская зона SECA [2], [3]

В этой зоне сходятся морские транспортные линии со всего мира. Крупнейшие порты региона Роттердам, Антверпен, Гамбург, Бремен, Гавр, Санкт-Петербург, Приморск, Усть-Луга и другие. Данный морской регион является одним из первых в мире по количеству совершаемых в год судовых рейсов (Рисунок 1.3).

I I 11 I I i I Р«йсов

<10 :о 50 íoo :оо soo íooo :ооо >sooo Рисунок 1.3 — Важнейшие мировые морские транспортные линии [1]

Это приводит к необходимости так строить новые суда и модернизировать существующие так, чтобы они соответствовали вступающим в силу новым экологическим нормам [2], [3].

Согласно результатам исследования [4], проблемы выбросов оксидов серы, азота, и твердых сажевых частиц можно решить, осуществляя:

• перевод судовых двигателей на дизельное топливо, содержание серы в котором сведено к минимуму,

• дооборудование судовой системы выпуска отработанных газов специальными катализаторами (скрубберами) для их очистки от вредных примесей,

• перевод судовых двигателей на природный газ.

Суда, находящиеся в эксплуатации, могут быть как модернизированы для работы на низкосернистом дизельном топливе, так и оборудованы системами очистки и катализации вредных примесей в выхлопных газах. Данные способы снижения количества вредных примесей в выхлопных газах отличаются низкими капитальными затратами и являются наиболее простыми решениями для судовладельцев. Строящиеся, или планируемые к постройке суда, могут проектироваться с условием использования СПГ в качестве топлива, как наиболее экологически чистого и сопоставимого по цене с низкосернистым дизельным топливом. Автор обзора [5] доказывает, что преимущества СПГ позволяют быстро окупить большие затраты на создание судов, работающих на СПГ, на использование на них оригинального технологического оборудования и на стоимость их бункеровки сжиженным газом.

Ужесточение требований Международной морской организации (далее - ИМО) к выбросам парниковых газов в атмосферу с судов затрагивает также вопросы экономии топлива. ИМО создает стандарт определения конструктивного коэффициента энергетической эффективности - EEDI (Energy Efficiency Design Index) [15] в части общего определения, толкования его составных частей, их характеристик вместе с методами определения энергоэффективности для судов различного конструктивного исполнения, размеров и назначения. Согласно стандарту EEDI, собственная энергетическая эффективность судна определенного водоизмещения в нормальных условиях определяется массой выбросов углекислого газа в граммах за милю пути, имеет размерность грамм С02/т-миля и вычисляется по упрощенной формуле:

Rv гсо

EED 1усл =-w ,-— (11)

У 9е (O-Pez-Ql Т-М ил Ь ( )

где R - буксировочное сопротивление, кН; v - скорость хода, м/с; ge(С) - удельный секундный расход топлива на все энергопроизводящие установки, работающие на исследуемом режиме общей мощностью Pez, кг/Вт*с; Ql - низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг.

Знаменатель данной формулы дает представление о составе судовой энергетической установки (далее - СЭУ), времени ее работы, режиме нагрузки, виде топлива. Методика расчета энергетической эффективности судов различного назначения представлена в [85]. Результаты анализа энергетической эффективности мирового флота судов и рекомендации по снижению конструктивного коэффициента энергетической эффективности (EEDI) по упомянутой

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Реуцкий Александр Сергеевич, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. U.S. Energy Information Administration / Monthly Energy Review / November 2017, DOE/EIA-0035(2017/11).

2. Regulation 14.3.1 of MARPOL Annex VI and regulation 1.11.2 of MARPOL Annex I (The Baltic Sea area).

3. Regulation 14.3.1 of MARPOL Annex VI and regulation 1.14.6 of MARPOL Annex V (The North Sea area).

4. Тимофеев О.Я., Вальдман Н.А., Крыжевич М.И., Особенности внедрения новых требований к экологической безопасности судов и морских установок в северных морях и на арктическом шельфе. Журнал «Арктика: экология и экономика»/ ИБРАЭ РАН, 2014.

5. Костылев И. И., Коняев Д. В., Бункеровка как фактор сдерживания применения газового топлива на судах. Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова, Выпуск 5 (39), 2016 год, С. 136.

6. Прогноз погоды: [Электронный ресурс]. URL: https://meteonovosti.ru (дата обращения: 09.01.2020).

7. Wartsila Solutions for Marine and Oil & Gas Markets: [Электронный ресурс]. URL: https://www.wartsila.com/oil-gas/why-us/wartsila-solutions-for-marine-and-oil-gas-markets. (дата обращения: 28.12.2019).

8. Gas Entec//Solutions for gas engineering//LNG Fuel Tank Application, 2017: [Электронный ресурс]. URL: http://gasentec.com/ bbs/board.php?bo_table=sub06_01&wr_id=2. (дата обращения: 06.02.2020).

9. Крестьянцев А. Б., Кильдеев Р. И., Луцкевич А. М., Обухов А. В., Полунин А. Н., Реуцкий А. С., Фомичев Э. Н., Чемоданов В. А. Патент на изобретение № RU 157 929 U1 «ТАНКЕР-БУНКЕРОВЩИК», Патентообладатель МинПромТорг РФ, выступающий от имени РФ (RU), Регистрация в Гос. реестре изобретений РФ от 02.03.2015.

10. Материалы сайта шведского оператора морских перевозок «Sirius Shipping»: [Электронный ресурс]. URL: http://www.siriusshipping.eu/ship/lngf-seagas (дата обращения: 05.01.2020).

11. Schnack P., Krüger M., In focus - LNG as ship fuel. Latest developments and projects in the LNG industry/ DNV GL. 2015. vol. 52.

12. MTelegraph.com: [Электронный ресурс]. URL: http://www.mtelegraph.com/lng-bunkering-ship-to-ship.html (дата обращения: 18.01.2020).

13. Кондратенко А.А., Реуцкий А.С. Особенности проектирования СПГ бункеровщиков. Труды Крыловского государственного научного центра. 2019; Специальный выпуск 1: 5-16.

14. Таровик О.В., Реуцкий А.С. Свидетельство РФ на программу для ЭВМ № 2019662906, зарегистрированную в Реестре программ для ЭВМ 04.11.2019 г., «Программный комплекс для решения задач логистической поддержки сервиса бункеровки судов ГМТ и определения необходимого состава бункеровочной инфраструктуры на внутренних водных путях».

15. 2013 Guidelines for calculation of reference lines for use with energy efficiency design index (EEDI) Resolution MEPC., Annex 14: [Электонный ресурс]. - 2013. - №231 (65) - 12 с. - Режим доступа: www.bimco.org/News/2013/05/17_Updated_EEDICalc.aspx?RenderSearch=true/ (дата обращения: 09.09.2013).

16. Луцкевич А.М., Крестьянцев А.Б., Доклад «Концептуальные проекты бункеровщиков СПГ» в рамках Всероссийского съезда ассоциации бункеровщиков. 2014.

17. Материалы голландского судовладельца Энтони Ведера [Электронный ресурс]. URL: https://www.anthonyveder.com/fleet (дата обращения: 19.05.2019).

18. «Правила классификации и постройки судов для перевозки сжиженных газов наливом, Российский морской регистр судоходства, Санкт-Петербург, 2016 г, 160 стр.

19. Bunkering Guidelines for LNG as marine fuel. Polski Rejestr Statkow, Publication No. 116, March 2017.

20. Development and operation of liquefied natural gas bunkering facilities. DNV GL Recommended practice (DNVGL-RP-0006:2014-01).

21. Munko B., TGE Marine Gas Engineering «Supply, storage and handling of LNG as ship's fuel». 2017, Houston.

22. Пресс-релиз ENGIE [Электронный ресурс]. URL: https://www.engie.com/wp-content/uploads/2017/06/regular_bunkering_op_pr_def.pdf (дата обращения: 09.01.2020).

23. GL. EMSA - Study on Standarts and Rules for bunkering of gas-fuelled ships, Report № 2012.005, Version 1.1/2013-02-2015.

24. Babcock Schulte Energy delivers world's largest LNG Bunker Supply Vessel 'M.V. KAIROS': [Электронный ресурс]. URL: https://www.bs-shipmanagement.com/en/media/press-release-babcock-schulte-energy-delivers-world-s-largest-lng-bunker-supply-vessel-%E2%80%98m-v-kairos. (дата обращения: 28.01.2020).

25. North America first LNG bunker barge delivered. [Электронный ресурс]. URL: https://www.maritime-executive.com/article/north-america-s-first-lng-bunker-barge-delivered. (дата обращения: 17.11.2019).

26. Технический отчет по ОКР «Разработка, создание экспериментального образца и опытная эксплуатация судна-бункеровщика СПГ для навигации в прибрежных водах и на внутренних водных путях», название отчета: «Разработка технического предложения и исходных технических требований опытного образца газотопливного судна-бункеровщика

СПГ», выполнен ФГУП «КГНЦ» в рамках ГП РФ «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений на 2013-2030 годы», подпрограмма «Развитие судостроительной науки», 2017 год.

27. DNV GL Rules for classification of ships, part 6 chapter 37, Newbuildings, special equipment and systems - additional class, gas bunker vessels, July 2016.

28. Реуцкий А.С. Бункеровка СПГ. Особенности проектирования грузовой системы СПГ -бункеровщиков// «10 Всероссийский форум ассоциации бункеровщиков» - 29-30 июня 2017 г., Санкт-Петербург, Россия.

29. International Gas Union (IGU), 2018 World LNG Report, 27th World Gas Conference Edition.

30. Крестьянцев А.Б., Луцкевич А.М. Нормативная база для создания бункеровочных баз и бункеровщиков СПГ, а также проведения операций по бункеровке СПГ газотопливных судов. Доклад в рамках презентации «МАРИНТЕК», Санкт-Петербург, 2014.

31. ГОСТ Р 56835-2015 Газ природный сжиженный. Газ отпарной производства газа природного сжиженного. Определение компонентного состава методом газовой хроматографии.

32. Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др.; Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.

33. Учебник по работе с программой HYSYS версия 2006. - Москва: Изд-во ЗАО «ТЕХНЕФТЕХИМ», 2006.

34. Павловский В.А. Введение в термодинамику реальных газов: Монография / ФГУП «Крыловский государственный научный центр». Санкт-Петербург, 2013. 230 с.

35. Власьев М.В. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Технико-экономическое исследование целесообразности создания судов для транспортировки природного газа в сжатом состоянии», Санкт-Петербург, 2015 г.

36. Павловский В.А., Скуднев С.А., Топаж А.Г. Динамическая модель транспортировки сжиженного природного газа в судовых танках. Седьмая всероссийская научно-практическая конференция «Имитационное моделирование. Теория и практика» (ИММОД - 2015) - 21-23 октября 2015 г., Москва, Россия.

37. Сафонов В. С. Физические особенности и способы предотвращения стратификации СПГ в изотермических резервуарах. М., 1989. - Обз. информ. Сер. "Транспорт и подземное хранение газа"/ВНИИЭгазпром; Вып. 7, 50 с.

38. Germeles A. E. A model for LNG tank rollover //Advan. in Cryog. Eng, January 1960.

39. Smith K. A., Germeles A. E. LNG tank stratification consequent to filling procedures, 4th Inter. Conf. of LNG, Algier, June 1974.

40. Heestand J., Shipman C.W, Meader J.W. A predictive model for rollover in stratified LNG tanks //AICHE Journal. -1983.

41. N. Chaterjee, J.M. Geist, The effects of stratification on boil-off rates in LNG tanks, Pipeline Gas J. №199 (40). 1972.

42. J. Turner, The coupled turbulent transport of salt and heat across a sharp density interface, Int. J. Heat Mass Transfer 8 (1965) 759.

43. Топаж А. Г., Реуцкий А. С., Таровик О. В., Свидетельство РФ на программу для ЭВМ №2018664683, зарегистрированную в Реестре программ для ЭВМ 20.11.2018 г., «Программа для термодинамического моделирования испарения газа в топливных танках судов и танк-контейнерах».

44. Павловский В.А. Об одной феноменологической альтернативе гипотезе длины пути перемешивания//Модели механики сплошной среды. Сб. Физическая механика. Вып. 7/Под ред. Филиппова Б.В.. Санкт-Петербург: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1998. с. 21-35.

45. Реуцкий А.С., Патент на изобретение №2649725 «ЕМКОСТЬ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ГАЗА», Патентообладатель МинПромТорг РФ, выступающий от имени РФ (RU), Регистрация в Гос. реестре изобретений РФ от 04.04.2018.

46. Павловский В.А., Реуцкий А.С. Использование конвективных течений сжиженного природного газа внутри грузового резервуара как способ борьбы с ролловером. Труды крыловского государственного научного центра 3/381, Санкт-Петербург, 2017.

47. Геец, В. М. Специальные системы наливных судов. Курс лекций [Текст]: учеб. пособие / В.М.Геец. - Владивосток: Морской государственный университет им. адм. Г. И. Невельского., 2012.-185 с.

48. ООО «Газпромнефть Марин Бункер»: [Электронный ресурс]. URL: https://marinebunker.gazprom-neft.ru.

49. Морейнис Ф.А. и др. Исследование основных характеристик судов для перевозки сжиженных природных газов/Ф.А. Морейнис, М.Н. Барабанова, М.А. Нахимовский, И.А. Наумова//труды ЦНИИМФ. - Л.1976. №. 208 - с 83.

50. Вашедченко А.Н., Михайлов Б.Н. Определение основных элементов и характеристик газовозов на ранних стадиях проектирования / А.Н. Вашедченко, Б.Н. Михайлов//Судостроение. - 1980. - № 2. - с 12.

51. Зайцев В.В. Коробанов Ю.Н. Суда - газовозы /В.В. Зайцев, Ю.Н. Коробанов. - Л: «Судостроение», 1990. - 304 с.

52. Баскаков С. П., Перевозка сжиженных газов морем: Учебное пособие., - Санкт-Петербург: Судостроение, 2001. - 252 с.

53. Макаров В.Г. Специальные системы судов - газовозов: Учебник / В.Г. Макаров . -Санкт-Петербург: Изд. Центр СПбГМТУ, 1997 - 471 с.

54. Козырев В.К. Морская перевозка сжиженных газов/ В.К. Козырев. - М: «Транспорт», 1986 - 284 с.

55. Savcuka Z., State Enterprise Klaipeda State Seaport Authority, cleanship task 3.4, Bunkering of ships that use liquefied natural gas or dual fuel at Klaipeda state seaport, p. 104.

56. Dr. Gerdsmeyer. R-D., Isalski W.H., On-board reliquefaction for lng ships., Tractebel Gas Engineering, Gastech, 2005 p 8-9.

57. Semolinos P., Olsen G., Giacosa A., LNG as marine fuel: challenges to be overcome, pp.1-18.

58. Nagata Yoshinori, Tanoue Akira, Kida Takayuki, Kawai Takashi, IHI-SPB Tank for LNG-Fueled Ship, IHI Engineering Rewiew, Vol. 47 No. 2, 2015.

59. Луцкевич А.М. Газотопливные суда и бункеровщики СПГ: текущее состояние, проблемы и перспективы// «10 Всероссийский форум ассоциации бункеровщиков» - 29-30 июня 2017 г., Санкт-Петербург, Россия.

60. LNG Bunkering Guidelines IACS Recommendation n. 142, on LNG Bunkering, IACS, 2016.

61. Bureau Veritas Guidelines on LNG Bunkering (Guidance Note), July 2014.

62. Turk Loydu Chapter 10 - Liquefied Gas Carriers, July 2016.

63. ВРД 39-1.10-064-2002. Оборудование для сжиженного природного газа (СПГ). Общие технологические требования при эксплуатации систем хранения, транспортировке и газификации.

64. Международный Кодекс по безопасности для судов, использующих газы или иные виды топлива с низкой температурой вспышки (Кодекс МГТ) / International Code of Safety for Ships Using Gases of Other Low-Flashpoint Fuels (IGF Code).

65. ISO 20519:2017 Ships and marine technology - Specification for bunkering of liquefied natural gas fuelled vessels / Суда и морские технологии - Спецификация на бункеровку судов, использующих сжиженный природный газ в качестве топлива.

66. ISO/TS 18683:2015 Guidelines for Systems and Installations for Supply of LNG as Fuel to Ships / Руководство по системам и установкам для передачи СПГ на суда в качестве топлива.

67. ISO 28460:2010 Petroleum and natural gas industries - Installation and equipment for liquefied natural gas - Ship-to-shore interface and port operations / Нефтяная и газовая промышленность -Сооружения и оборудование для сжиженного природного газа. Порядок взаимодействия судно-берег и портовые операции.

68. Guidance for the prevention of rollover in LNG ships, SIGTTO, London, 2012.

69. Society for Gas as a Marine Fuel. An introductory guide. (SGMF), Version 2.1, (September 2017).

70. Safety Study, Chain analysis: Supplying Flemish ports with LNG as a marine fuel, Analysis of safety aspects, June 2012.

71. Safety manual on LNG bunkering procedures for the Port of Helsinki, SSPA Sweden AB, 2017-06-09, SSPA Report No.: RE20167730-01-00-D.

72. LNG Operating Regulations Including LNG Bunkering, Gothenburg energy port, Revision 4.1, 21/03/2017.

73. Peel ports London Medway - LNG Bunkering Code of Practice, London, 2017.

74. ГОСТ Р 56021-2014 Газ горючий природный сжиженный. Топливо для двигателей внутреннего сгорания и энергетических установок. Технические условия.

75. ГОСТ Р 56352-2015 «Нефтяная и газовая промышленность. Производство, хранение и перекачка сжиженного природного газа. Общие требования безопасности».

76. Часть XVII Дополнительные знаки символа класса и словесные характеристики, определяющие конструктивные или эксплуатационные особенности судна. Раздел 9. Требования к судам, оборудованным для использования газа в качестве топлива. НД № 2020101-104. Санкт-Петербург, 2018.

77. Кондратенко А.А., Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук «Оптимизация судов снабжения нефтегазодобывающих платформ для работы на чистой воде и в ледовых условиях», Санкт-Петербург, 2018.

78. Montairo T.G., Gaspar H.M., An open source approach for a conceptual ship design tools library, NTFU, Alesund/Norway, 2017.

79. Kondratenko A.A., Tarovik O.V. Cargo-Flow-Oriented Design of Supply Vessel Operating in Ice Conditions. Proceedings of the 37th International Conference on Ocean, Offshore & Arctic Engineering, Madrid, Spain. DOI: 10.1115/OMAE2018-77802.

80. Гайкович А.И., Рюмин С.Н., Курсовое и дипломное проектирование с использованием УИ САПР «ФЛОТ», Учебное пособие/СПбГМТУ; Санкт-Петербург, 2005, 78 с.

81. Аполлонов Е.М., Таровик О.В., Регрессионно-аналитическая модель определения характеристик газовозов СПГ мембранного типа с различными ледовыми категориями, Судостроение № 806, Издательство: Центр технологии судостроения и судоремонта (Санкт-Петербург) ISSN: 0039-4580, 2013, с 12-17.

82. Fonseca, i.A.; Gaspar, H.M. (2015), An object-oriented approach for virtual prototyping in conceptual ship design, ECMS 2015, Varna.

83. Gaspar, H. M., Rhodes, D., Ross, A. & Erikstad, S. O. 2012. Handling complexity aspects in conceptual ship design. International Maritime Design Conference. Glasgow, UK.

84. Савинов Г. В., Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук «Методология оптимизационного проектирования морских судов на основе

многоуровневых математических моделей и методов активного диалога», Санкт-Петербург, 1998 г.

85. Иванченко А. А. Энергетическая эффективность судов и регламентация выбросов парниковых газов / Александр Андреевич Иванченко, Александр Павлович Петров, Григорий Евгеньевич Живлюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - №3(31). - C. 103-112. DOI: 10.21821/2309-5180-2015-73-103-112.

86. Уланов Н.М. Преимущества СПГ, используемого в качестве моторного топлива. Технологии и оборудование, ОКТБ ИТТНФ НАНУ, 2019.

87. ОСТ 5140-93 Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным газопроводам. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 1993. - 16 с.

88. Официальный сайт фирмы ACD CRYO: [Электронный ресурс]. URL:https://www.acdllc.com/acdcryo/ (дата обращения: 02.09.2019).

89. Рачевский Б.С. Сжиженные углеводородные газы. М.: Изд-во «НЕФТЬ и ГАЗ», 2009, 79 с.

90. Щербатенко, И. В. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук «Разработка теории и методов расчета шнековых рабочих колес лопастных насосов с учетом теплофизических свойств жидкости», Москва, 2001 г.

91. ГОСТ Р 8.770-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Газ природный. Коэффициент динамической вязкости сжатого газа с известным компонентным составом. Метод расчетного определения.

92. Официальный сайт фирмы Hi-tech: [Электронный ресурс]. URL:www.hitechgas.com (дата обращения: 08.02.2019).

93. Ivanova S., Lewis R., Produced Nitrogen via Pressure Swing Adsorption, American Institute of Chemical Engineers (AlChE), June 2012.

94. Senjanovic I., Senjanovic T., Ljustina A.M., Rudan S., Structure design jf cargotanks in river liquefied gas carriers, International design conference - design 2006, Dubrovnik-Croatia, May 18, 2006.

95. Rules for classification of Det Norske Veritas., Ships / high speed, light craft and naval surface craft. Machinery and systems, Main class, part 4 chapter 7: Boilers, pressure vessels, thermal-oil installations and incinerators, January 2003.

96. Таровик О.В., Реуцкий А.С., Топаж А.Г., Определение потерь СПГ при бункеровке, Транспорт Российской Федерации, №3, 2020.

97. Линдблад А., Проектирование обводов транспортных судов, Изд. «Судостроение», Ленинград, 1965.

98. ISO 6578:1991 Refrigerated hydrocarbon liquids - Static measurement - Calculation procedure, 1991.

99. Костылев И.И., Овсянников М.К., Орлова Е.Г., Сивцов Н.Е., Теплотехнический аспект морских перевозок сжиженного газа. Учебно-методическое пособие. - Санкт-Петербург: Изд-во ГМА им. О С. Макарова, 2002. - 118 с.

100. Вовк В.С., Никитин Б.А., Новиков А.И., Гречко А.Г., Удалов Д.А., Крупномасштабное производство сжиженного природного газа: Учеб. пособие для вузов. - М.: ООО «Издательский дом Недра», 2011. 3 - 45 с.

101. Practical ship design / David G. M. Watson. - [2. impr.]. - Amsterdam [etc.] : Elsevier, 2002. -XXV, 531 p.

102. Горбачёв С.П., Кириенко К.И. Учёт влияния теплообмена на бездренажную заправку. Вестник МЭИ. - 2013.№ 25.,с. 48-53.

103. Павловский В.А., Реуцкий А.С. Теплофизические основы морской транспортировки и бункеровки сжиженного природного газа. - СПб.: Крыловский государственный научный центр, 2019. 170 с.: ил. ISBN 978-5-903002-91-7.

104. GL. In Focus LNG. Powering the future of shipping LNG - driving.

105. Significant Ships Journal of 1994 - 2012.

106. [Электронный ресурс]. URL: http://www.cngva.org/media/35832/04-2014_-

_liquefied_natural_gas_-_a_marine_fuel_for_canada_s_west_coast_en_.pdf (дата обращения:

04.08.2019).

107. Штумпф В.М., Турбал В.К., Шпаков В.С. Проектирование обводов и движетелей морских транспортных судов/ В.М. Штумпф, В.К. Турбал, В.С. Шпаков. - Л.Ж Судостроение, 1983. - 304 с.

108. [Электронный ресурс]. URL: https://maxsurf.net/MAXSURF_ProductLineBrochure %20ICS.pdf (дата обращения: 20.10.2019).

109. Официальный сайт АО «Уралкриомаш», [Электронный ресурс]. URL: http://www.cryont.ru/production/#section-13 (дата обращения: 22.11.2019).

110. ГОСТ 16381-77. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Классификация и общие технические требования (с Изменением № 1).

111. ГОСТ 33949-2016 Изделия из пеностекла теплоизоляционные для зданий и сооружений. Технические условия.

112. ГОСТ 33676-2015 Материалы и изделия из пеностекла теплоизоляционные для зданий и сооружений. Классификация. Термины и определения.

113. ГОСТ Р 56590-2015 (EN 13165:2012): Изделия из жесткого пенополиуретана теплоизоляционные заводского изготовления, применяемые в строительстве. Общие технические условия.

114. Шумилин Н.С. Экранно-вакуумная изоляция - настоящее и будущее криогенной техники. GasWorld. Июль/Август 2015 стр.39.

115. ABS: LNG Bunkering: Technical and Operational Advisory, 2017. [Электронный ресурс]. URL: https://ww2.eagle.org/content/dam/eagle/advisories-and-debriefs/ABS_LNG_Bunkering_Ad visory . pdf (дата обращения: 05.06.2019).

116. Холопов К.В., Соколова О.В., Бункерный рынок и бункерные операции как фактор обеспечения международного морского судоходства. Российский внешнеэкономический вестник. №7.2015. С. 98.

117. Захаров И.Е., Егоров Г.В., Ильницкий И.А., Линейка танкеров для портовой и рейдовой бункеровки. Neftegaz.ru, 04.10.2011. [Электронный ресурс]. URL: http://neftegaz.ru/analisis/view/7649 (дата обращения: 25.10.2018).

118. Иванченко А.А., Шишкин В.А., Окунев В.Н., Обзор опыта совершенствования конструкции и применения движительных систем в современном судостроении, Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова, Вып. 4 (38), 2016.

119. Senjanovic I., Slapnicar V., Rudan S., Design and construction of cargo tanks for liquefied gas carriers, Department of Naval Architecture and Offshore Engineering, 2013.

120. Harperscheidt J., LNG bunkering LNG as a ship's fuel green ship technology, Oslo 23.03.2011, Conference «Carriers & Offshore Units», [Электронный ресурс]. URL: https://docplayer.net/20983249-Lng-bunkering-lng-as-a-ship-s-fuel-green-ship-technology-oslo-23-mar-2011-carriers-offshore-units-jurgen-harperscheidt-sales-manager.html (дата обращения: 20.01.2020).

121. Брошюра «Voestalpine Grobblech GmbH» [Электронный ресурс]. URL: https://voestalpine.com/grobblech (дата обращения: 07.12.2018).

122. Официальный сайт «Kartal Bombe» [Электронный ресурс] URL:http://fr.kartalbombe.com.tr/ (дата обращения: 07.12.2018).

123. Косоротов А.В., Метод оценки буксировочного сопротивления современных ледоколов и судов ледового плавания на чистой воде, Труды крыловского государственного научного центра 3/381, Санкт-Петербург, 2020.

124. Wartsila 50DF Product Guide, Chapter 5 - Piping Design, Treatment and Installation [Электронный ресурс]. URL: https://www.wartsila-hyundai.com/data/project_guide/Project_guide5.pdf (дата обращения: 28.01.2020).

125. Curtis J. J., Vacuum-Insulated Pipe vs. Conventional Foam-Insulated Pipe, Offshore Technology Conference, 2007.

126. EMSA Guidance on LNG Bunkering to Port Authorities/Administrations, 2018, 430 p.

127. Munko B., TGE, Small scale LNG carriers, Seoul, 2011. [Электронный ресурс]. URL: https://issuu.com/lr_marine/docs/small-scale_lng_ships_1015 (дата обращения: 07.12.2018).

128. LNG bunkering Ship to Ship procedure, Swedish Marine Technology Forum LNG, Print № 02, p.22.

129. Каталог фирмы «ЛГМ», [Электронный ресурс]. URL: http://lgmcryo.ru/ (дата обращения: 09.11.2019).

130. Каталог фирмы NIKKISO, [Электронный ресурс]. URL: https://www.nikkisocryo.com/ (дата обращения: 09.11.2019).

131. Казаков А.М. Способы утилизации отпарного газа с целью стабилизации давления в грузовых танках современных метановозов. Сборник статей XI Международной научно-практической конференции в 2-х частях. Издательство: "Наука и Просвещение" (Пенза). 2017.

132. Анфимов В. Н. Судовые тяговые расчеты/В. Н. Анфимов, Г. И. Ваганов, В. Г. Павленко ; под редакцией В. Г. Павленко., М: Изд. Транспорт, 1978.

133. Turbo-Brayton for the reliquefaction of BOG, [Электронный ресурс]. URL: https://advancedtech.airliquide.com/turbo-brayton-reliquefaction-bog (дата обращения: 11.01.2018).

134. LNG Custody Transfer Handbook, 2017, [Электронный ресурс]. URL: https://giignl.org/system/files/giignl_cthb_5.0.web_.pdf (дата обращения: 18.11.2019).

135. Mimmi R., Dynamic measurement solutions, [Электронный ресурс]. URL: https://www.emerson.com/documents/automation/article-dynamic-measurement-solutions-in-lng-custody-transfer-daniel-en-55718.pdf (дата обращения: 09.03.2019).

136. Пахомов А.Н., и др. Основы моделирования химико-технологических систем: учебное пособие/ А.Н. Пахомов , В.И. Коновалов, Н.Ц. Гатапова, А.Н. Колиух. - Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. Ун-та, 2008. - 80 с.

137. Hegde N., Emerson's Marine Flow Solutions, [Электронный ресурс]. URL: https://www.astar.edu.sg/Portals/93/Documents/NewsAndEvents/Events/WMD2017/04%20Emerson %20Marine%20Flow%20Solutions_WMD_For%20Publishing.pdf (дата обращения: 21.07.2019).

138. Войткунский Я.И. Сопротивление движению судов: Учеб. Л., Судостроение, 1988.

139. World Meteorological Organization: [Электронный ресурс]. URL: https://www.wmo.int (дата обращения: 12.01.2020).

140. Официальный сайт Международной Федерации работников транспорта (ITF): [Электронный ресурс]. URL: http://www.itfglobal.org (дата обращения: 19.01.2020).

141. Брошюра производителя судового оборудования Noxerior, [Электронный ресурс]. URL: http://www.ship-nitrogen-generator.com/ (дата обращения: 25.12.2019).

142. American Bureau of Shipping (ABS) Guide for LNG bunkering, 2018, 25 p.

143. American Bureau of Shipping (ABS) Guide for LNG fuel ready vessels, 2014, 11 p.

144. Wartsila LNG Pack. Product Leaflet [Электронный ресурс]. URL: https://www.wartsila.com/products/marine-oil-gas/gas-solutions/lng-solutions/wartsila-lngpac (дата обращения: 27.12.2019).

145. Логачев С.И., Николаев М.М. Суда для перевозки сжиженных газов/ С.И. Логачев, М.М. Николаев. - Л.: «Судостроение», 1966.

146. Правила о грузовой марке морских судов НД №2-020101-098, Санкт-Петербург, 2017.

147. Ашик В.В. Проектирование судов/В.В. Ашик. -2-е изд. перераб. и доп. - Л: Судостроение. 1985. 320 с.

148. Watson D.G.M. Practical Ship Design. - Elsvier Science Ltd. - 1998. - 566 p.

149. Гайкович А.И., Теория проектирования водоизмещающих кораблей и судов, Том 1, Санкт-Петербург, 2014 стр.410.

150. Официальный сайт Steinbach Ingenieurtechnik. [Электронный ресурс]. URL: https://www.si-technik.de/produkte/propulsion/strahlruder.php (дата обращения: 11.12.2019).

151. ОСТ 5.0181-75 Атлас диаграмм для расчета буксировочной мощности морских транспортных судов. Москва: Изд-во стандартов, 1975. — 26 с.

152. Хоренко В.И., Автоматизация расчетов ходкости на основе математических моделей, Изд. Судостроение, Ленинград, 1977.

153. Мирохин Б.В., Жинкин В.Б., Зильман Г.И. Теория корабля Учебник. Л.: Судостроение, 1989. - 352 с.

154. Войткунский Я.И. и др. Справочник по теории корабля: В трех томах. Том 1, Л.: Судостроение, 1985. — 768 с.

155. Гофман А.Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Справочник. -Л.:Судостроение, 1988. - 360 с.

156. Гайкович А.И., Теория проектирования водоизмещающих кораблей и судов, Том 2, Санкт-Петербург, 2014 стр. 266.

157. Бендус И. И. Теория и устройство судна: учебно-методическое пособие: В 2-х частях. Ч. 1 / И. И. Бендус; Керченский государственный морской технологический университет. - Керчь: КГМТУ, 2008. - 243 с.

158. Поздюнин В.Л. Теория проектирования судов, ч.1, ИЗД ЛКИ 1938.

159. Правила классификации и постройки морских судов, ч. V «Деление на отсеки», Санкт-Петербург, 2018.

160. Артемов Г.А., Волошин В.П., Захаров Ю.В., Шквар А.Я., Судовые энергетические установки, Ленинград, Судостроение,1987.

161. Бронников А.В. Проектирование судов. - Л.: Судостроение, 1991. 320 с.

162. Правила классификации и постройки морских судов, ч. II «Корпус», Санкт-Петербург, 201B.

163. Киреев В.Н., Мацкевич В.А., Рязанцев Р.И. Справочник по нагрузке масс морских судов/ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, Санкт-Петербург, 2007.

164. Ногид Л.М. Проектирование морских судов. Л Судостроение, 1964 г.

165. Каталог Wartsila BL32E [Электронный ресурс]. URL: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/product-files/engines/df-engine/brochure-o-e-df-engines-201S.pdf?sfvrsn=db7efe4S_6 (дата обращения: 11.01.2019).

166. Соболенко А.Н., Симашов Р.Р., Глазюк Д.К., Маницын В.В.. Определение расхода топлива и моторного масла судовыми дизелями с учетом изменения внешних условий эксплуатации, Вестник АГТУ. Сер. Морская техника и технология №3, 2017.

167. Реуцкий А.С. Свидетельство РФ на программу для ЭВМ №2018664684, зарегистрированную в Реестре программ для ЭВМ 24.11.2018 г., «Программа расчета параметров емкости СПГ».

16B. Технико-экономические характеристики судов морского флота. РД 31.03.01 - 90. - М.: В/О «Мортехинформреклама», 1992, 232 с.

169. РД5Р.ГКЛИ.0502-184-94. Руководящий документ. Трудоемкость постройки судов. Нормативы.

170. ГОСТ 24166-80 «Система технического обслуживания и ремонта судов. Ремонт судов». М.: Издательство стандартов, 1980.

171. Официальный сайт компании Fluxys. [Электронный ресурс]. URL:https://www.fluxys.com/belgium/en/services/lngterminalling/terminallingmodel/terminallingmod el.aspx, пункт «Indicative tariff calculator 2018») (дата обращения: 26.09.201B).

172. Сайт Федерального агентства морского и речного транспорта: [Электронный ресурс]. URL:http://www.morflot.ru/deyatelnost/napravleniya_deyatelnosti/portyi_rf/reestr_postavshikov_bun kernogo_topliva.html (дата обращения: 28.01.2020).

173. Епифанов В.С. Эксплуатация судовых энергетических установок на природном газе, -М.: ТрансЛит, 2010. - 216 с.

174. Kunz, O.; Klimeck, R.; Wagner, W. and Jaeschke, M.: The GERG-2004 wide-range equation of state for natural gases and other mixtures. GERG Technical Monograph 1S, Fortschr.-Ber. VDI, Reihe 6, Nr. 557, VDI Verlag, Düsseldorf, 2007.

175. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.

176. [Электронный ресурс]. URL: http://www.matweb.com/search/datasheet_print.aspx? matguid=e2147b8f727343b0b0d51efe02a6127e (дата обращения: 06.01.2020).

177. [Электронный ресурс]. URL: http://www.enggjournals.com/ijet/docs/IJET14-06-05-310.pdf (дата обращения: 06.01.2020).

178. Холодильная техника: Энциклопедический справочник. Т. 1. М.:Госхимиздат. 1960.

179. Дрейцер Г.А. Основы конвективного теплообмена в каналах: Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 1989. - 84 с.

180. Цаплин А.И., Бочкарев С.В. Математическая модель подачи сжиженного природного газа в двигатель. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и образование№3, Санкт-Петербург, 2010.

181. Сайт Российской Ассоциации Морских и Речных Бункеровщиков: [Электронный ресурс]. URL: http://www.mrbunker.ru/partners. (дата обращения: 09.01.2020).

182. Официальный сайт Google Earth: [Электронный ресурс]. URL: https://earth-google.ru/google-earth-pro-7.php (дата обращения: 13.01.2020).

183. D. Wissussek, Universitat Essen, Thermodynamic properties of methane, J. Phivs. Chem. Ref. Data. Vol. 20. No. 6. 1991.

184. Загорученко В.А., Журавлев А.М. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. Изд. Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при совете министров СССР, М. - 1969, 238 с.

185. International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk (IGC Code). 1993. IMO Ref: -104 E. ISBN 92 801 1277 5.

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

образования

«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» УДК 629.123

РЕУЦКИИ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СУДОВ-БУНКЕРОВЩИКОВ СЖИЖЕННЫМ ПРИРОДНЫМ ГАЗОМ

Специальность 05.08.03. - «Проектирование и конструкция судов»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук (ПРИЛОЖЕНИЯ)

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Демешко Г. Ф.

Санкт-Петербург

ОГЛАВЛЕНИЕ

Приложение 1. Обоснование состава и характеристик элементов грузовой системы СПГ бункеровщика, обеспечивающих проведение приема, хранения транспортировки СПГ, и проведения бункеровочной операции ..................................................................................................2

Приложение 2. Аналитическое исследование нормативных требований по проектированию, постройке и эксплуатации судов-бункеровщиков СПГ ...................................................................88

Приложение 3. Таблицы относительных ординат предлагаемого теоретического чертежа для бункеровщиков СПГ со значениями для 22 (0.21) теоретических шпангоутов по 12 ватерлиниям (9 ватерлиния соответствует КВЛ)...............................................................................95

Приложение 4. Таблицы значений коэффициентов влияния к и кв в функции от коэффициента общей полноты и числа Фруда Рп.......................................................................97

Приложение 5. Определение эффективности системы бункеровки судов газовым топливом с учетом затрат на доставку СПГ до места бункеровки с использованием морского транспорта

...............................................................................................................................................................100

Приложение 6. Основные характеристики концептуальных проектов бункеровщиков СПГ рассматриваемого типа, разработанных с использованием созданной в диссертации расчетной

методики...............................................................................................................................................132

Приложение 7. Основные физико-химические свойства компонентов добываемого природного газа и СПГ ...........................................................................................................................................136

Приложение 8. Основные характеристики теплоизоляционных материалов ..............................142

Приложение 1

П.1 Обоснование состава и характеристик элементов грузовой системы бункеровщика СПГ, обеспечивающих проведение приема, хранения транспортировки СПГ, и проведения бункеровочной операции

1.1 Комплектация оборудованием грузовой системы бункеровщика СПГ

Существующие в данный момент бункеровщики СПГ представляют собой преимущественно традиционные LNG-газовозы, перевозящие СПГ наливом. В работе [47] отмечено, что грузовая система любого газовоза представляет собой его наиболее опасную и технологически сложную подсистему. В статье [58] указано, что грузовая система любого LNG-газовоза должна выполнять следующие функции:

1) удерживать груз в течение заданного времени транспортировки,

2) поддерживать физические характеристики перевозимого СПГ,

3) обеспечивать возможность выдачи СПГ как перевозимого груза на береговой терминал.

Таким образом, функция удержания груза, то есть хранения на борту, обеспечивается грузовыми резервуарами. Поддержание физических характеристик перевозимого груза обеспечивается набором технических средств, которые можно условно разделить на активные и пассивные.

К пассивным относятся средства, защищающие перевозимый груз от пагубного для СПГ воздействия внешней среды - в данном случае от нагревания. К таким средствам относится теплоизоляция емкостей, криогенных трубопроводов и гибкого шлангового оборудования.

К активным техническим средствам обеспечения сохранности СПГ относятся специальные средства, регулирующие количество паровой и жидкой фазы криогенной жидкости внутри грузового танка. Их основной задачей является отбор газообразной фазы с целью поддержания давления внутри грузовой системы на необходимом уровне и последующая утилизация этого газа с максимальной энергетической эффективностью. В число активных технических средств обеспечения сохранности СПГ входят системы утилизации отпарного газа. Она, в свою очередь, может производиться несколькими способами, в число которых входит сжигание излишков отпарного газа в специальном котле для сжигания газа - Gas Combution Unit (далее - GCU), стравливание его в атмосферу при помощи устройств безопасного бездренажного хранения (далее - БДУ) [63], использование излишков отпарного газа в качестве топлива в СЭУ и повторное сжижение отпарного газа в установке повторного сжижения газа (далее - УПСГ). Также к вспомогательным системам относятся системы сигнализации и

мониторинга, включающие в себя систему датчиков, определяющих параметры СПГ в режиме реального времени и количество переданного груза.

К системам, обеспечивающим выдачу перевозимого груза, относятся насосы различных типов или компрессор, подающий азот под давлением в грузовую емкость.

С учетом сказанного, грузовая система ЬКО-газовоза включает:

1) грузовой резервуар (резервуары),

2) криогенные трубопроводы,

3) специальную грузовую систему борьбы с образовавшимся отпарным газом,

4) тепловую изоляцию,

5) систему мониторинга грузовой системы,

6) криогенные грузовые насосы или система передавливания,

7) узлы коммерческого учета СПГ.

Таким образом, назначение грузовой системы бункеровщика рассматриваемого типа состоит в безопасном хранении СПГ в течении заданного времени, которое определяется продолжительностью рейса, с образованием минимального количества отпарного газа, в передаче (разгрузке) СПГ с необходимой скоростью с наименьшими затратами энергии и потерями самого СПГ.

В случае использования ЬКО-газовоза как бункеровщика, к его указанным основным функциям добавляется необходимость обеспечения выдачи СПГ в топливный танк бункеруемого судна [59], что требует от его грузовой системы обеспечения следующих дополнительных функций [13]:

1) обеспечение приема отпарного газа с бункеруемого судна и его утилизация,

2) проведение процедуры захолаживания топливного резервуара бункеруемого судна,

3) поддержание необходимого ускоренного темпа передачи бункерного СПГ,

4) при оговоренных техническим заданием условиях - обеспечение регазификации перевозимого СПГ на борту с последующей возможностью выдачи последнего в магистральную сеть.

Таким образом, у бункеровщиков СПГ имеет место усложнение грузовой системы судна. При проведении бункеровочных операций появляется потребность в специальном оборудовании, способном сжижать испарившийся СПГ и возвращать его обратно в грузовой резервуар. Вызванное естественным стремлением сокращения срока бункеровочной процедуры увеличение скорости передачи СПГ как бункерного топлива влечет за собой необходимость роста производительности погружных грузовых насосов и увеличение нагрузки на судовую электросеть.

На рисунке П.1-1 представлена принципиальная технологическая схема грузовой системы бункеровщика СПГ. В таблице П.1-1 представлен анализ использующихся компоновочных схем систем хранения груза СПГ бункеровщиков.

Рисунок П.1-1 — Основные технологические блоки грузовой системы СПГ бункеровщика: 1 - насос СПГ, 2 - линия подачи СПГ на бункеровщик, 3 - компрессор

отпарного газа, 4 - газовая линия, 5 - линия выгрузки СПГ высокой производительности, 6 - линия выгрузки СПГ малой производительности, 7,8 -узлы коммерческого учета СПГ, 9 - насос СПГ малой производительности, 10 - узел

коммерческого учета отпарного газа

Таблица П.1-1 — Анализ использующихся компоновочных схем систем хранения груза бункеровщиков СПГ

Характеристики Бункеровщик СПГ малой вместимости SeaGas Бункеровщик СПГ вместимостью 3000 м3 [30]

Тип резервуара тип С тип С

Рабочее давление, бар 4,5 4,5

Вместимость танка, м3 180 3000

Материал емкости 06Х15Н9Г8АФ 06Х15Н9Г8АФ

Изоляция Вакуумно-перлитовая Пенополиуретановая

Толщина изоляции, мм 100 600

УПСГ - 2 установки УПСГ

Производительность УПСГ, т/сут - 2 х 12

Насос грузовой Поршневой, капсулированный 2 погружных центробежных

Производительность насосов, м3 в час До 100 2 х 350

Источник азота Баллон с азотом Генератор азота

Срок хранения СПГ, ч., до 48 часов бездренажного хранения, затем потеря до 0,4 % СПГ в сутки Не ограничено, потеря до 0,2 % СПГ в сутки

К преимуществам грузовой системы упрощенного портового бункеровщика (на примере СПГ бункеровщика БеаОав) относятся простота в производстве и ремонте, относительная дешевизна элементов системы и относительная простота оборудования береговой инфраструктуры. К недостаткам данной грузовой системы можно отнести ограниченное время

хранения СПГ на борту бункеровщика, который сжигает ОГ, принимаемый при бункеровке и образующийся при хранении СПГ. Эта система не в состоянии произвести захолаживание танка бункеруемого судна.

К преимуществам грузовой системы бункеровщика СПГ с грузовместимостью 3000 м следует отнести возможность сохранять свойства СПГ в течение неограниченного количества времени, осуществлять прием ОГ с борта бункеруемого судна для последующего сжижения и возврата в грузовую систему, производить захолаживание танка бункеруемого судна объемом

3 „ и

более 1000 м . К недостаткам данной грузовой системы можно отнести увеличение стоимости судна в целом, а также особые требования к составу портовой инфраструктуры.

Из анализа состава рассмотренных грузовых систем бункеровщиков СПГ, следует, что особенности эксплуатации этих судов оказывают определяющее влияние на их комплектацию и компоновку. Рассмотреть варианты комплектации и компоновки грузовой системы СПГ бункеровщика и его архитектурно-конструктивные особенности самого бункеровщика целесообразно после анализа факторов, влияющих на варианты комплектации и компоновки, показанные на рисунке П.1-2.

Рисунок П.1-2 — Факторы, влияющие на АКТ бункеровщика СПГ

Последовательный анализ факторов, влияющих на варианты комплектации и компоновки грузовой системы и самого судна-бункеровщика СПГ в целом позволяет окончательно определить эти варианты и свести их в единую таблицу П.1-2. В этой таблице приведена матрица основных вариантов компоновки грузовой системы СПГ бункеровщика на основе рассмотренных в данной главе особенностей оборудования и их применимости. Различным вариантам компоновки соответствуют разные комплектации оборудованием.

Буквенно-цифровой код в правом столбце таблицы П. 1-2 необходим для удобства анализа каждого конкретного варианта компоновки грузовой системы бункеровщика СПГ. Анализ этих вариантов представлен в таблице П. 1-3.

1.2 Анализ применяемых в морской технике систем хранения СПГ.

Обоснование типа грузовой емкости и ее вместимости для бункеровщиков

СПГ различного назначения

1.2.1 Обоснование типа грузовой емкости для судна-бункеровщика СПГ

В мировой практике различают четыре основных типа резервуаров для перевозки и хранения сжиженных природных газов: типы А, В, С и мембранные. Представленная на

Интегрированные танки

Момбранный тип

Р < 0.7 bar Полный вгор№*ный барьер

Полный вторичный барьер гагонепроницлсмый. июлкрованный от иорлусэ судна

GTT

Рисунок П.1-3 — Типы судовых танков для хранения СПГ согласно IGC Code

Тип A - это резервуары с плоскими самонесущими стенками, полным наружным сосудом и рабочим давлением в пределах 0,07 МПа. Резервуары такой конструкции не позволяют хранить в них СПГ без отвода паров, то есть они предназначены только для изотермического хранения СПГ при давлении до 0,07 МПа и при температуре около минус 161 °C.

Тип B - это резервуары с плоскими или сферическими самонесущими стенками, с поддоном (неполным наружным сосудом) и максимальным рабочим давлением в пределах

рисунке П.1-3 классификация соответствует Кодексу IGC [185].

Таблица П. 1-2 — Сравнительный анализ основных компоновочных схем грузовых систем различной вместимости для бункеровщиков СПГ

Вместимость грузовой 3 системы, м Резервуары СПГ Изоляция резервуара Узел коммерческого учета Борьба с ОГ Выдача СПГ Варианты компоновки грузовой системы

Менее 500 1. Тип С А. Вакуумная 1. Учет переданного груза при помощи тарировочной таблицы А. БДУ 1. Передавливанием 1А1А1

2. Насосом 1А1А2

Б. GCU 1. Передавливанием 1А1Б1

2. Насосом 1А1Б2

2. Массовый (кориолисовый) расходомер А. БДУ 1. Передавливанием 1А2А1

2. Насосом 1А2А2

Б. GCU 1. Передавливанием 1А2Б1

2. Насосом 1А2Б2

От 50 до 10000 Б. Пенополиуретан. Шшт 1. Учет переданного груза при помощи тарировочной таблицы А. БДУ 2. Насосом 1Б1А2

Б. GCU 1Б1Б2

В. УПСГ 1Б1В2

2. Массовый (кориолисовый) расходомер А. БДУ 1Б2А2

Б. GCU 1Б2Б2

В. УПСГ 1Б2В2

3. Объемный (ультразвуковой) расходомер В. УПСГ 1Б3В2

От 5000 до 10000 2. Мембранные Могут иметь перлитовую (No. 96), а также пенополиуретановую (Mark III, CS1) изоляцию 2. Массовый (кориолисовый) расходомер В. УПСГ 2-2В2

3. Объемный (ультразвуковой) расходомер 2-3В2

Таблица П. 1-3 — Подробный анализ рассмотренных компоновочных схем грузовых систем различной вместимости для бункеровщиков СПГ

Комп. схема Описание схемы Примечания

1А1А1 СПГ хранится в криогенной емкости цилиндрической формы, защищенной от воздействия окружающей среды вакуумной изоляцией. При выдаче бункера ответственное за бункеровку лицо определяет количество бункера по подготовленным заранее тарировочным таблицам. Образующийся в результате хранения отпарной газ утилизируется при помощи БДУ, создающего смесь метана с воздухом безопасной концентрации и выпускающий ее (смесь) в атмосферу. Выдача бункерного топлива производится передавливанием инертным газом (азотом), в составе установки должен присутствовать вспомогательный насос СПГ. Азот хранится в баллоне под давлением, имеет ограниченный запас. В качестве грузовых емкостей могут использоваться типовые изделия вместимостью до 200 м3 в количестве нескольких единиц. Рассмотренная схема рассчитана на кратковременное хранение (соответствующее паспорту изделия: «время бездренажного хранения») СПГ. Использование БДУ при утилизации отпарного газа нежелательно как с технической точки зрения (низкая производительность), так и с экологической (загрязнение атмосферы метаном). Применение ОСИ для борьбы с ОГ удорожает установку в целом, однако избавляет судно от запрета на его использование со стороны администрации порта, так как использование БДУ в некоторых портах ЕС запрещено.

1А1А2 Имеет сходство со схемой 1А1А1, отличается тем, что выдача бункерного СПГ производится при помощи криогенного насоса, размещаемого внутри резервуара (в редких случаях капсулированный насос размещается снаружи грузового резервуара). Это отличие не отменяет необходимость хранить на борту азот в сжатом виде для инертизации системы.

1А1Б1 Имеет сходство со схемой 1А1А1, отличается тем, что утилизация ОГ производится при помощи Gas Combustion Unit (GCU), специальной установки для смешивания ОГ и воздуха в горючую смесь и сжигания ее с выпуском продуктов горения в атмосферу. Выдача бункерного топлива производится передавливанием инертным газом (азотом), в составе установки должен присутствовать вспомогательный насос СПГ. Азот хранится в баллоне под давлением, имеет ограниченный запас.

1А1Б2 Имеет сходство со схемой 1А1А1, отличается тем, что выдача бункерного СПГ производится при помощи криогенного насоса, размещаемого внутри резервуара (капсулированный насос может размещаться снаружи грузового резервуара). Это отличие не отменяет необходимость хранить на борту азот в сжатом виде для инертизации системы.

1А2А1 Имеет сходство со схемой 1А1А1, отличается тем, что учет количества выданного бункерного СПГ производится при помощи массового расходомера (кориолисового типа), размещаемого внутри блока коммерческого учета СПГ. Выдача бункерного топлива производится передавливанием инертным газом (азотом), в составе установки должен присутствовать вспомогательный насос СПГ. Азот хранится в баллоне под давлением, имеет ограниченный запас. Применение расходомера позволяет обходиться без расчета количества выданного топлива по тарировочным таблицам и их последующей сверки с ответственным лицом на принимающем судне. Также применение данного прибора позволяет обходиться без определения термодинамических параметров смеси при помощи электронных датчиков СПГ в режиме реального времени (как это требуется для объемного расходомера). Тем самым упрощается система анализа характеристик СПГ, для этой цели могут использоваться аналоговые манометры, термометры, и уровнемеры.

1А2А2 Имеет сходство со схемой 1А2А1, отличается тем, что выдача бункерного СПГ производится при помощи криогенного насоса, размещаемого внутри резервуара (в редких случаях капсулированный насос размещается снаружи грузового резервуара). Это отличие не отменяет необходимость хранить на борту азот в сжатом виде для инертизации системы.

1А2Б1 Имеет сходство со схемой 1А2А1, отличается тем, что что утилизация ОГ производится при помощи Gas Combustion Unit (GCU), специальной установки для смешивания ОГ и воздуха в горючую смесь и сжигания ее с выпуском продуктов горения в атмосферу. Выдача бункерного топлива производится передавливанием инертным газом (азотом), в составе установки должен присутствовать вспомогательный насос СПГ. Применение ОСИ для борьбы с ОГ удорожает установку в целом, однако избавляет судно от возможного запрета на его использование со стороны администрации порта, так как использование БДУ в некоторых портах ЕС запрещено.

Схемы 1А1А1, 1А1А2, 1А1Б1, 1А1Б2, 1А2А1, 1А2А2, 1А2Б1 являются самыми простыми схемами грузовой системы для портовых или устьевых бункеровщиков вместимостью до 500 м3 СПГ. В наибольшей степени подходят для обслуживания малых линейных судов, у которых известно расписание судозаходов и объем бункерного топлива (паромы) и портовых судов вспомогательного флота (буксиры). Примером судна с такой организацией грузовой системы является норвежский бункеровщик SeaGas вместимостью 180 м3.

1Б1А2 СПГ хранится в емкости или нескольких емкостях цилиндрической или бицилиндрической формы (билоб), защищенных от воздействия окружающей среды пенополиуретановой изоляцией. Применение вакуумной изоляции на судовых резервуарах повышенной вместимости невозможно в силу причин, перечисленных в п. 1.6.5 данного исследования. При выдаче бункера ответственное за бункеровку лицо определяет количество бункера по подготовленным заранее тарировочным таблицам. Образующийся в результате хранения отпарной газ утилизируется при помощи БДУ, создающего смесь метана с воздухом безопасной концентрации и выпускающий ее (смесь) в атмосферу. Выдача бункерного СПГ производится при помощи криогенного насоса, размещаемого внутри резервуара (в редких случаях капсулированный насос размещается снаружи грузового резервуара). Это отличие не отменяет необходимость хранить на борту азот в сжатом виде для инертизации системы. В составе установки должен присутствовать вспомогательный насос СПГ. Азот хранится в баллоне под давлением, имеет ограниченный запас. В качестве грузовых емкостей также могут использоваться типовые изделия вместимостью до 200 м3 в количестве нескольких единиц. Рассмотренная схема рассчитана на кратковременное хранение (соответствующее паспорту изделия: «время бездренажного хранения») СПГ. Использование БДУ при утилизации отпарного газа нежелательно как с технической точки зрения (низкая производительность), так и с экологической (загрязнение атмосферы метаном).

1Б1Б2 Имеет сходство со схемой 1Б1А2, отличается тем, что утилизация ОГ производится при помощи Gas Combustion Unit (GCU), специальной установки для смешивания ОГ и воздуха в горючую смесь и сжигания ее с выпуском продуктов горения в атмосферу. Применение ОСИ для борьбы с ОГ удорожает установку в целом, однако избавляет судно от запрета на его использование со стороны администрации порта, так как использование БДУ в некоторых портах ЕС запрещено.

1А1В2 Имеет сходство со схемой 1Б1А2, отличается тем, что утилизация ОГ производится при помощи УПСГ, специальной установки для сжижения ОГ и возврата получающегося СПГ в грузовой резервуар. На судах малой вместимости могут использоваться установки, использующие цикл «Турбо-Брайтон» компании AirLiqшde, как наиболее компактные и не выделяющиеся высокой производительностью. Использование УПСГ для борьбы с ОГ на портовых и устьевых бункеровщиках малой (до 1500 м3 СПГ) грузовместимости может быть продиктовано лишь его особой схемой эксплуатации, когда бункеровщик обслуживает трамповые суда и не имеет четкого представления о сроке хранения СПГ на борту и периодичности бункеровки. Использование тарировочных таблиц для учета количества переданного СПГ говорит о том, что данный способ применим на судах вместимостью от 500 до 1000 м3, чья грузовая система включает несколько грузовых емкостей цилиндрической формы. Наличие УПСГ на борту бункеровщика, а также требование к обязательному дублированию агрегатов, входящих в состав УПСГ значительно удорожают проект таких малых судов.

Схемы 1Б1А2, 1Б1Б2 являются простыми схемами грузовой системы для портовых или устьевых бункеровщиков вместимостью до 1500 м3 СПГ. В наибольшей степени подходят для обслуживания малых линейных судов, у которых известно расписание судозаходов и объем бункерного топлива (паромы) и портовых судов вспомогательного флота (буксиры). Схема 1А1В2 значительно усложнена путем введения в ее состав УПСГ, что, однако, делает применение бункеровщика с такой системой более гибким в плане утилизации ОГ и времени хранения СПГ на борту. От рассмотренных ранее схем, перечисленные в данном блоке отличаются тем, что их грузовые резервуары не являются типовыми изделиями, их внутренний объем не ограничен 200 м3, а теплоизоляция емкостей выполнена из полиуретана. Однако применение тарировочных таблиц для учета говорит о том, что суда с такими компоновками грузовых систем имеют малую грузовместимость. Примером подобного судна является испанский СПГ бункеровщик Oizmendi (таблица 1.1) вместимостью 600 м3 СПГ.

1Б2А2 СПГ хранится в емкости или нескольких емкостях цилиндрической или бицилиндрической формы (билоб), защищенных от воздействия окружающей среды пенополиуретановой изоляцией. Образующийся в результате хранения отпарной газ утилизируется при помощи БДУ, создающего смесь метана с воздухом безопасной концентрации и выпускающий ее (смесь) в атмосферу. Выдача бункерного СПГ производится при помощи криогенного насоса, размещаемого внутри резервуара (в редких случаях капсулированный насос размещается снаружи грузового резервуара). Учет количества выданного бункерного СПГ производится при помощи массового расходомера (кориолисового типа), размещаемого внутри блока коммерческого учета СПГ. Применение расходомера позволяет обходиться без расчета количества выданного топлива по тарировочным таблицам и их последующей сверки с ответственным лицом на принимающем судне. Применение БДУ для утилизации ОГ говорит о низкой вместимости бункеровщика СПГ, до 1500 м3. Совокупность малой вместимости и дорогостоящего (для данной вместимости) и точного массового расходомера дает возможность бункеровщику выдавать бункерный СПГ на суда маломерного флота, тем самым бункеровщик с такой грузовой системой может представлять собой как самоходную так и несамоходную портовую бункербазу СПГ.

1Б2Б2 Имеет сходство со схемой 1Б2А2, отличается тем, что утилизация ОГ производится при помощи Gas Combustion Unit (GCU), специальной установки для смешивания ОГ и воздуха в горючую смесь и сжигания ее с выпуском продуктов горения в атмосферу. Применение GCU для борьбы с ОГ удорожает установку в целом, однако избавляет судно от запрета на его использование со стороны администрации порта, так как использование БДУ в некоторых портах ЕС запрещено.

1Б2В2 СПГ хранится в емкости или нескольких емкостях цилиндрической или бицилиндрической формы (билоб), защищенных от воздействия окружающей среды пенополиуретановой изоляцией. Образующийся в результате хранения отпарной газ утилизируется при помощи УПСГ, специальной установки для сжижения ОГ и возврата получающегося СПГ в грузовой резервуар. Выдача бункерного СПГ производится при помощи криогенного насоса, размещаемого внутри резервуара. Учет количества выданного бункерного СПГ производится при помощи массового расходомера (кориолисового типа), размещаемого внутри блока коммерческого учета СПГ. Представляет собой комплектацию грузовой системы морского или крупного портового бункеровщика СПГ вместимостью от 1500 до 10000 м3 СПГ. Расходомер позволяет точно определять количество выдаваемого бункера, что позволяет разбить перевозимый груз на приемлемое количество бункерных партий, УПСГ позволяет эффективно утилизировать как собственный ОГ, образующийся при хранении, так и ОГ из топливной системы ГМС при бункеровке. Также УПСГ позволяет производить захолаживание топливных резервуаров ГМС и собственных грузовых емкостей (после их длительного простоя порожнем).

1Б3В2 Имеет сходство со схемой 1Б2В2, отличается тем, что учет количества отдаваемого бункерного топлива производится при помощи объемного (ультразвукового) расходомера. Представляет собой комплектацию грузовой системы морского или крупного портового бункеровщика СПГ вместимостью от 5000 до 10000 м3 СПГ. Установка такого расходомера возможна на трубопроводах больших диаметров, что говорит о том, что судно с подобным устройством должно иметь трубопроводы грузовой системы повышенного диаметра, соответственно поддерживать высокий темп передачи груза и иметь высокие характеристики вместимости СПГ.

Схемы 1Б2А2, 1Б2Б2 являются простыми схемами грузовой системы для портовых или устьевых бункеровщиков вместимостью до 1500 м3 СПГ. В наибольшей степени подходят для обслуживания малых линейных судов, у которых известно расписание судозаходов и объем бункерного топлива (паромы) и портовых судов вспомогательного флота (буксиры). Схемы 1Б2В2, 1Б3В2 значительно усложнены путем введения в их состав УПСГ, что, однако, делает применение бункеровщика с такой системой более гибким в плане утилизации ОГ и времени хранения СПГ на борту. Примерами судов с подобными грузовыми системами являются: ENGIE Zeebrugge, Cardissa, Coralius и другие суда вместимостью от 5000 м3 СПГ.

1-2В2 СПГ хранится в емкости или нескольких мембранных емкостях при давлении, близком к атмосферному температуре, ниже точки кипения СПГ при этом давлении. Образующийся в результате хранения отпарной газ утилизируется при помощи УПСГ. Выдача бункерного СПГ производится при помощи криогенного насоса, размещаемого внутри резервуара в насосной колонне. Учет количества выданного бункерного СПГ производится при помощи массового расходомера (кориолисового типа), размещаемого внутри блока коммерческого учета СПГ. Представляет собой комплектацию грузовой системы морского или крупного портового бункеровщика СПГ вместимостью от 5000 до 15000 м3 СПГ. Мембранные емкости не позволяют данному судну считаться полноценным бункеровщиком, так как практически не позволяют разбить полную грузовместимость на несколько бункерных партий и вынуждены отдавать бункер одной большой партией. По этой причине могут использоваться для бункеровки судов с высокой автономностью, работающих на СПГ, например, трансконтинентальных контейнеровозов.

1-3В2 Имеет сходство со схемой 1Б2В2, отличается тем, что учет количества отдаваемого бункерного топлива производится при помощи объемного (ультразвукового) расходомера. Представляет собой комплектацию грузовой системы морского или крупного портового бункеровщика СПГ вместимостью от 10000 м3 СПГ. Примером судов с подобными грузовыми системами являются фидерные газовозы СПГ с функцией бункеровки, а также плавучие самоходные или несамоходные бункербазы СПГ, например Clean Jacksonville и FlexFueler (таблица 1.1) .

Схемы 1-2В2, 1-3В2 являются типичными схемами грузовой системы для морских и портовых бункеровщиков СПГ или фидерных газовозов СПГ вместимостью до 15000 м3 СПГ. В наибольшей степени подходят для фидерной перевозки СПГ небольшими партиями, возможность проведения бункеровки СПГ является титульной функцией, однако перевозка СПГ между терминалами является приоритетной задачей по экономическим причинам. Такие газовозы должны оснащаться мощными системами УПСГ, так как эти суда оборудованы мембранными резервуарами, утилизация ОГ должна происходить незамедлительно. Примером судов с подобными грузовыми системами являются фидерные газовозы СПГ с функцией бункеровки, а также плавучие самоходные или несамоходные бункербазы СПГ, например Clean Jacksonville и FlexFueler (таблица 1.1) .

0,07 Мпа, то есть эти резервуары также предназначены для изотермического хранения СПГ при минимальном давлении и температуре около минус 161 °C.

Тип C - это цилиндрические или бицилиндрические резервуары, предназначенные для работы под давлением, как правило, свыше 0,4 МПа. Более высокое рабочее давление резервуара позволяет хранить СПГ длительное время без отвода паров, то есть такой резервуар предназначен для полуизотермического способа хранения. Равновесная температура СПГ при этом может быть около минус 145 °C.

Мембранные резервуары - это резервуары с тонкими (0,7...1,5 мм) стенками внутреннего сосуда, опирающимися на теплоизоляцию и внешние конструкции. Эти резервуары предназначены для работы при давлении, близком к атмосферному, СПГ в них хранится изотермическим способом при температуре около минус 161 °C.

Анализ всех сложившихся в данный момент конструктивных типов емкостей для морской транспортировки СПГ, систематизированный при помощи IGC Code [185], приведен в классическом исследовании [51]. Следует особо подчеркнуть, что существует два принципиально различающихся способа хранения СПГ: не допускающий и допускающий повышение давления внутри грузовой емкости с хранящимся внутри нее сжиженным природным газом, что имеет место из-за возникновения отпарных газов, скапливающихся в пространстве резервуара над жидкой составляющей СПГ.

Первый способ предусматривает постоянный отбор образующегося отпарного газа и его утилизацию. Этот способ используется в мембранных системах хранения, несомненным преимуществом которых является более высокое значение использования внутреннего пространства судна. Мембранные емкости конструктивно не предназначены для хранения СПГ при значении внутреннего давления выше 0,07 МПа [185].

На сегодня в мире использование мембранных танков на LNG-газовозах является доминирующим по сравнению с другими типами емкостей. В то же время судно-бункеровщик, являясь связующим звеном между береговым СПГ терминалом и ГМС, многократно принимает и отдает СПГ - бункерное топливо. Многочисленные операции по приему и выдаче бункерного топлива неизбежно приводят к нагреву последнего, возникновению отпарных газов и увеличению по этой причине давления внутри грузовой емкости. Тем самым использование мембранных емкостей в качестве грузовой системы бункеровщика сопряжено с необходимостью оперативно и практически постоянно утилизировать отпарной газ. Помимо этого, выдача бункерного топлива из мембранного танка в систему хранения иного конструктивного типа (рассматривается далее) зачастую невозможна по причине несоответствия термодинамических параметров СПГ, находящегося в грузовой системе бункеровщика и ГМС.

Второй способ хранения СПГ допускает повышение давления внутри емкости системы. Данный способ преследует цель установления термодинамического равновесия внутри емкости при определенном сочетании давления и температуры СПГ. Для СПГ это сочетание давления-температуры лежит где-то в пределах 4 бар и минус 145 °С. Для разных смесевых составов СПГ эти значения могут незначительно отличаться. Этот способ используется в системах хранения с танками типа С, они позволяют хранить СПГ намного дольше. Это может быть собственно то время, за которое СПГ нагревается от своих первоначальных характеристик температуры и давления в момент загрузки емкости бункеровщика до вышеупомянутых (4 бар /минус 145°С). После нагрева СПГ до этой температуры и повышения давления внутри емкости устанавливается новое состояния термодинамического равновесия, при котором количество отпарного газа также меньше, чем то, которое могло бы быть в первом способе при прочих равных условиях (вместимость и конфигурация стенок емкости). Описываемое явление графически представлено на рисунке П. 1-4.

Параметры СПГ в начале -

Увеличение температуры СПГ без отбора отпарного газа

► Параметры СПГ при достижении макс, давления хранения

После погрузки СПГ в резервуар

Р1 = 0,13 бар

Т1=-161 °С р\ = 456 кг/м3

Уровень наполнения грузового танка = 89%

Давление хранения СПГ

После подрыва предохранительного

клапана

Р2 = 10 бар Т2= -121 °С

р2 = 396 кг/м3

Максимальный уровень наполнения грузового танка = 98%

к

Рисунок П.1-4 — Процесс хранения СПГ в танке типа С [115]

Помимо увеличения времени хранения и уменьшения количества отпарного газа, использование танков типа С дает возможность безопасно эксплуатировать бункеровщик, подстраховав его тем самым от разрушения емкости в результате резкого роста давления в процессе выполнения бункеровки, так как при этом резко увеличивается количество отпарного газа.

Таким образом, при использовании танков типа С увеличивается время бездренажного хранения СПГ и тем обеспечивается надежность всей грузовой системы бункеровщика. Единственным недостатком данного типа резервуаров является тот факт, что для длительного хранения СПГ в танке типа С обеспечивается пониженной степенью первоначальной

заполненности грузового резервуара (Рисунок П. 1-4), далее рекомендуемая степень заполненности емкости определяется по приведенной во второй главе работы формуле 2.18.

Такие характеристики автономных (вкладных) танков типа С не исключают использования мембранных танков в качестве грузовых и топливных емкостей, однако совокупная выгода от их использования значительно сужает сферу их применения, ограничивая ее использованием их в качестве топливных резервуаров на судах с большой вместимостью, работающих на постоянных линиях большой протяженности. По этой причине в данном исследовании в качестве топливных резервуаров для бункеровщиков СПГ рассматриваются вкладные самонесущие грузовые резервуары, относящиеся к типу С согласно классификации IGC Code.

1.2.2 Характеристики грузовых резервуаров и их размещение на бункеровщике СПГ

Характеристики и количество грузовых резервуаров, в которые принимается СПГ на бункеровщике СПГ, определяются заданной вместимостью судна-бункеровщика и зависят от вместимости конкретного резервуара, толщины его термоизоляции, а также от способа установки ёмкостей в трюмах, что, в свою очередь, определяет объем и размеры грузового пространства на судне, необходимые для их размещения.

Основной задачей грузового резервуара является максимально долгое и безопасное хранение СПГ. Время хранения СПГ внутри грузового резервуара зависит от параметров теплопроводности его изоляции. Безопасность хранения зависит от прочности материала корпуса емкости, а также формы емкости, и способности ее выдерживать нагрузки. Под нагрузками понимаются: гидростатическое давление жидкости, ударные нагрузки от слошинга при качке, а также постоянно возрастающее внутреннее давление отпарных паров природного газа.

В качестве грузовых емкостей применяются резервуары типа С согласно [185], представляющие собой емкости формой, образованной телами вращения (цилиндр, билоб) со сферическими или эллиптическими донышками. Данные резервуары расположены в трюме бункеровщика и наполняются СПГ наливом. У танка типа С, в котором перевозится СПГ, толщина его стенок пропорциональна величине рабочего давления находящегося внутри него СПГ и диаметру его цилиндрической части. Проблема толщин, определяющих массу такого резервуара, решается уменьшением его диаметра и/или использованием для его изготовления высокопрочных материалов. Для изготовления резервуаров для хранения СПГ используются специальные криогенные аустенитные стали, не подверженные коррозии.

Геометрическая форма этих емкостей может быть различной. Для формирования общего представления были приведены статистические данные о размерениях газовозов малой вместимости с различными грузовыми емкостями типа С. В силу ограничения сферы применения танков типа С, а также отсутствия данных по существующим решениям грузовой системы бункеровщиков СПГ, удобно пользоваться статистикой по характеристикам грузовых систем ЬРО-газовозов, таких как форма, габариты и способы размещения резервуаров внутри корпуса судна, размер грузовых трюмов, ширина зазоров и так далее.

Для ЬРО-газовозов напорного типа используются цилиндрические емкости, имеющие (1О) или не имеющие (2G / 2PG) конструктивной защиты грузовых емкостей. Также возможно применение емкостей в форме сдвоенного цилиндра (бицилиндра, билоба) - см. рисунок П. 1-5. а) б)

Рисунок П.1-5 — а) емкость типа С в форме сдвоенного цилиндра (билоба) [21], б) цилиндрическая емкость: 1 - оболочка, 2 - изоляция, 3 - трубопроводы, 4 -контрольно-измерительная аппаратура, 5 - конструктивный набор

Для полурефрижераторных газовозов в настоящее время применяется множество различных комбинаций грузовых емкостей, которые могут быть получены с помощью четырех элементов, показанных на рисунке П.1-6. Все элементы на рисунке П.1-6 имеют в качестве основы цилиндрический танк (Рисунок П.1-6 а), образующая которого параллельна килевой линии судна. В первом (носовом) грузовом трюме применяются танки вида рисунок П.1-6 (а), (г), в грузовых трюмах в средней части судна - вида П.1 -6 (а, б, в).

Рисунок П.1-6— Вид сверху и поперечный разрез грузовых танков

Еще одним важным сходством судов-бункеровщиков СПГ и ЬРО-газовозов в части грузовой системы заключается в том, что количество грузовых танков ЬРО-газовоза не может быть меньше количества сортов груза, которые могут перевозиться судном одновременно.

Бункеровщик СПГ, принимающий теплый бункер с судов, имеющий различные параметры температуры и плотности, также зачастую нуждается в обеспечении его раздельного хранения. Таким образом, количество грузовых танков бункеровщика СПГ обусловлено не только грузовместимостью, но и особенностями эксплуатации судна.

Танки типа билоб обычно имеют в диаметральной плоскости (далее - ДП) проницаемую переборку, так как в большинстве случаев нет необходимости удвоения числа грузовых танков (и, соответственно, элементов грузовой системы) путем установки в ДП непроницаемой переборки. Несмотря на множество возможных комбинаций грузовых танков ЬРО-газовозов, наиболее часто встречаются комбинации, которые уже были упомянуты ранее. Схемы соответствующих компоновок при 2 или 3 грузовых отсеках приведены в таблице П. 1-4 (при увеличении вместимости число грузовых отсеков может быть увеличено до четырех).

Подобная компоновка обеспечивает безопасное хранение СПГ на борту судна в криогенной емкости, а также обеспечивает внутри корпуса судна пространство, необходимое для технологического осмотра грузовых резервуаров. В таблице П.1-4 представлены типичные компоновочные схемы расположения цилиндрических грузовых емкостей на судне-бункеровщике СПГ, устанавливаемых в грузовых трюмах горизонтально и закрытых капом выше уровня верхней палубы.

Таблица П.1-4 — Традиционные компоновки грузовых танков типа С

Эксплуатация танков типа С, оборудованных теплоизоляцией, требует наличия зазоров для регулярного осмотра состояния баллонов и теплоизоляции, а также грузовой арматуры визуальными и акустическими методами. На рисунке П.1-7 приведены схемы внутреннего устройства грузовых трюмов бункеровщиков СПГ с учетом зазоров между грузовыми танками и другими конструктивными элементами. Выбор величины зазора Хг - выбираются по

соображениям удобства монтажа, а также проверки, и в том числе по правилам определенного КО, по правилам которого проектируется бункеровщик СПГ.

Каждое КО в своих требованиях регламентирует значения зазоров между грузовыми емкостями и корпусными конструкциями. Кодекс IGC Code [185] предписывают наличие минимального зазора между плоскими поверхностями конструктивных элементов судна и стенками грузовых емкостей в 600 мм и между криволинейными поверхностями - 380 мм.

Исследование созданных проектов газовозов с танками типа С в форме билобов показало, что отношение диаметра билоба к ширине танка не обусловлено какими-либо явными ограничениями со стороны КО и составляет пропорцию, схожую с золотым сечением. Действительно, танки типа С, имеющие форму билобов чаще всего имеют отношение к б ил =

Вбил/ Аб ил = 1 > 6 " 1 > 7.

Данная особенность обусловлена совокупностью причин, в том числе вопросами сварки цилиндрических оболочек и продольной переборки внутри емкости в месте их «Y - образного» стыка [119], изображенного на рисунке П.1-8.

Во многих источниках, в том числе [127], указывается, что для LNG-газовозов вместимостью менее 15000 м СПГ характерно применение танков типа С цилиндрической формы, применение танков в форме сдвоенного цилиндра характерно для вместимостей более 15000 м3.

Анализ имеющейся статистической информации по существующим и проектируемым бункеровщикам СПГ показал, что форма их грузовых резервуаров в явном виде не зависит ни от их грузовместимости, ни от условий эксплуатации, а зависит, главным образом, от номенклатуры перевозимых грузов. Действительно, при одновременной перевозке нескольких видов опасных грузов, судовые танки бицилиндрической формы с непроницаемой поперечной переборкой, разделяющей сосуд под давлением на две независимых емкости, имеют преимущество перед цилиндрическими резервуарами.

Рассматриваемые емкости устанавливаются внутри корпуса судна и крепятся к нему специальными фундаментами. Фундамент емкости является частью корпусных конструкций. Между фундаментом и емкостью типа С устанавливается деревянная подушка, выполняемая из твердых пород дерева, зачастую из бальсы. Данный материал обладает низким коэффициентом теплопроводности, что позволяет эффективно предохранять корпусные конструкции от воздействия низких температур. При сборке данная конструкция выполняется с продольным зазором, заполняемым герметизирующим составом на основе латекса. Любая емкость типа С имеет фундамент, являющийся частью конструкции набора судна и передающий нагрузку на несущие элементы конструкции корпуса бункеровщика СПГ.

х,—1 ДП

Рисунок П. 1-7 — Схемы трюмов бункеровщиков СПГ с бицилиндическими танками (билобами) (слева) и цилиндическими танками (справа) типа С, с учетом зазоров между грузовыми танками и конструктивными элементами судна:! ГР - длина грузового трюма, В - ширина судна, 1ц - длина цистерны, Ьбил - ширина цистерны, исполненной в виде билоба, Я б ил - радиус цилиндрической образующей билоба, Яцил - радиус цилиндрического резервуара, £ ГР - длина грузового трюма, Ь ± -ширина поперечной переборки, Ь % Б . - ширина двойного борта, Ь из - толщина изоляции, Хг - зазор между изоляцией емкости и

конструкцией судна, - высота двойного дна судна

Рисунок П. 1-8 — Модель «У-образного стыка» емкости в форме билоба

Фундамент или опора грузовой емкости должны обеспечивать отсутствие смещения емкости под действием статических или динамических нагрузок. Под нагрузками здесь понимаются:

• температурные сжатие и растяжение емкости,

• действие статического крена (до 30°) [18],

• возникающие в результате столкновения судов горизонтальные усилия,

• силы инерции, возникающие при бортовой качке и др.

Помимо этого, конструкция опор емкости должна предусматривать наличие специальных устройств, препятствующих их всплытию под действием силы поддержания, действующей на порожнюю емкость при затоплении трюма. На рисунке П. 1-9 показан процесс монтажа танка типа С цилиндрической формы внутрь готового корпуса газовоза вместимостью 4000 м3 СПГ [120].

Помимо формы самого резервуара, может существенно отличаться исполнение его доньев. Доньями называются оболочки, замыкающие оконечности емкости, и имеющие форму, образованную телами вращения для эффективного восприятия внутренних нагрузок.

Форма доньев емкости может быть обусловлена различными причинами: от технологических (наличие или отсутствие технологий раскатки обечаек и доньев) до необходимости обеспечить требуемые КО зазоры между криволинейной поверхностью емкости и поперечными переборками судна. На рисунке П. 1-10 представлены основные типы доньев.

В исследовании [121] представлены основные характеристики доньев различного исполнения. В таблице П.1-5 [121] представлены основные формулы для определения геометрических и массовых характеристик этих изделий. При этом принято следующее обозначение доньев: торосферическое - ТС; плоско-выпуклое - ПВ; псевдоэллиптическое -ПЭ; эллиптическое - ЭЛ; полусферическое - ПС.

Рисунок П. 1-9 — Процесс монтажа танка типа С цилиндрической формы внутрь готового корпуса газовоза: 1 - стенка емкости с изоляцией, 2 - фундамент емкости, 3 - деревянная подушка, 4 - герметизирующий состав

Рисунок П.1-10 — Типы доньев емкостей типа С: 1 - торосферическое, 2 -плоско-выпуклое, 3 - псевдоэллиптическое, 4 - эллиптическое, 5 - полусферическое

Чаще всего грузовые танки типа С состоят из цилиндрических обечаек и сферических донышек с переходным тороидальным пояском, служащим для уменьшения концентрации напряжений в месте соединения цилиндрической части резервуара и его донышка. Аналогичным образом выполнены купола резервуара и отстойники под ними. В местах, где установлены купола и отстойники размещаются насосные колонны. В куполе танка размещается измерительная аппаратура, а также через купол пропущены трубопроводы, по

которым происходит подача и отбор СПГ и газообразной фазы. Отстойник под насосной колонной необходим для того, чтобы в нем скапливались остатки СПГ при полном осушении танка. После этого осушительные насосы, расположенные в самой низкой точке колонны откачивают остатки СПГ из отстойника.

При проектировании судна-бункеровщика СПГ возникает задача оценки массогабаритных характеристик криогенного танка для хранения СПГ. Эти характеристики необходимы как для оценки количества ОГ, образующегося при захолаживании и бункеровки топливного танка бункеруемого судна, так и для определения объема грузового пространства, необходимого для размещения оборудования грузовой системы судна-бункеровщика.

В разрабатываемой методике в качестве грузовых емкостей рассматриваются грузовые танки типа С цилиндрической и бицилиндрической формы, рисунок П. 1-5. Приведенный ниже алгоритм расчета массогабаритных характеристик емкостей и их теплоизоляции (Рисунок П.1-11) лежит в основе программного комплекса «Программа расчета параметров емкости СПГ» [167], разработанного автором.

С->

Исходные данные: Уг. п.р. тип доньев, характеристики материала емкости и термоизоляции

г

Диаметр емкости Ор.«.«

г

Толщины стенок емкости г. мм

у <

Масса и объем доньев емкости