Одним з типів морських суден, кількість та інтенсивність використання яких збільшується рік від року, є судна-газовози, що забезпечують перевезення зрідженого нафтового або природного газу [1, c 103745]. Відповідно до вантажу, який ними транспортуються ці судна поділяються на класи Liquefied natural gas та Liquefied natural gas.
Обов’язковою технологічною операцією, що виконується під час виробничого циклу перевезення газів, є інертизаціця вантажних танків. В цей час до вантажних танків спрямовується інертний газ, джерелом якого можуть бути димові гази суднових допоміжних котлів; гази, що виробляються генератором інертних газів; або безпосередньо чистий інертний газ.
Необхідною умовою якісного проведення процесу інертизації вантажних танків суден-газовозів є забезпечення стійкого шару, що поділяє пари вантажу, яки залишились в танку, та інертний газ, що в нього подається (рис. 1).
Рис. 1. Принципова схема процесу інертизації вантажних танків
У випадку підтримання стійкого поділяючого шару у вантажному танку забезпечується ефект «поршню», через який здійснюється поступове, але постійне витиснення залишків вантажу. Розрив поверхні поділяючого шагу сприяє потраплянню парів вантажу з нижньої частини танку в верхню. При цьому над поверхнею поділяючого шару здійснюється утворення суміші інертного газу та парів вантажу, концентрація яких в загальному об’ємі суміші постійно коливається. Це збільшує час інертизації вантажних танків, та призводить к підвищенню витрати інертного газу, а також (через збільшення витрати енергії на генераціє інертного газу) знижує енергетичну ефективність процесу інертизації. Підставою порушення цільності поділяючого шару у вантажному танку може стати підвищений тиск інертного газу, який подається в танк, або неякісний стан інертного газу. В разу використання азоту це може бути наявність в газі води, яка за низькою температурою перетворюється в лід та може розірвати поверхню поділяючого шару. За умовою використання діоксиду вуглецю суцільність поверхні поділяючого шару може бути зруйнована через механічні домішки та тверди незгорілі частинки, що входять до складу випускних газів [2, c. 120221].
Прагнення прискорити вантажні операції та скоротити час стоянки судна змушує виконувати процес інертизації з максимально можливим для вантажної системи тиском інертного газу. При цьому саме максимально можливий тиск інертного газу, що подається в вантажні танки, є єдиним показником, що вказується нормативних документах, які регулюють виконання вантажних операцій. Одночасно з цим не існує документів, які визнають критичний тиск в системі інертизації, перебільшення якого призводить до порушення суцільності поділяючого шару. При цьому цей тиск може бути різний для різного вантажу, а також для різної кількості остаточного вантажу, що залишився в донної частині вантажного танку після проведення технологічної операції з його вивантаження [3, c. 47].
Контроль наявності поділяючого шару у вантажному танку неможливий оптичними або візуальними засобами контролю, що обумовлюється непрозорим середовищем всередині танку. Суцільність поділяючого шару, а також рівень, на кому він знаходиться в вантажному танку може бути визначені через вимір концентрації інертного газу в обсязі танку. Відповідно до вимог Кодексу IMO для газовозів, вантажні танки цих суден обов’язково повинні мати індикатори рівню, яки встановлюються на висотах, що відповідають 5 %, 50 % та 95 % від повного об’єму танку [4, c. 1331]. Призначення цих індикаторів – контроль заповнення об’єму вантажних танків. Ці індикатори знаходяться безпосередньо на бічної поверхні танку в вантажному відділенні судна. Крім того, додатково встановлюються індикатори рівня, що відповідають 20 %, 50 % та 80 % від повного об’єму танку. Візуалізація значень цих індикаторів виведена на пост управління, що знаходиться на вантажної палубі судна. Основне функціональне призначення цих індикаторів – контроль рівномірності завантаження в різних танках під час проведення вантажних операцій з метою забезпечення стійкості судна. Саме через комплексне використання цих двох груп індикаторів можливий контроль суцільності поділяючого шару, що знаходиться у вантажному танку. При цьому як показник, за яким здійснюється цей контроль, необхідно обирати саме концентрацію інертного газу.
Для підтвердження можливості подібного контролю на судні-газовозі з вантажомісткістю 145673 м3 виконувались дослідження з контролю концентрації азоту за різної висотою вантажного танку та за різним тиском нагнітання інертного газу.
Під час дослідження виконувалось вимірювання концентрації азоту в наступних контрольних точках вантажного танку: 0,05h, 0,2h, 0,5h, 0,8h, 0,95h, що відповідає 5 %, 20 %, 50 %, 80 %, 95 %від загальної висоти танку h відповідно. Рекомендований тиск в системі генерації інертного газу для знаходився в межах 0,90…1,15 МПа, тому під час досліджень підтримувались значення 0,95 МПа, 1,05 МПа та 1,15 МПа. Діаграми, що відображають результати цих досліджень, наведені на рис. 1.
Рис. 1. Зміна концентрації азоту під час підтримання тиску нагнітання р1=0,95 МПа за різною висотою вантажного танку:
1 – 0,95h; 2 – 0,8h; 3 – 0,5h; 4 – 0,2h; 5 – 0,05h
Рис. 2. Зміна концентрації азоту під час підтримання тиску нагнітання р1=1,05 МПа за різною висотою вантажного танку:
1 – 0,95h; 2 – 0,8h; 3 – 0,5h; 4 – 0,2h; 5 – 0,05h
Рис. 3. Зміна концентрації азоту під час підтримання тиску нагнітання р1=1,15 МПа за різною висотою вантажного танку:
1 – 0,95h; 2 – 0,8h; 3 – 0,5h; 4 – 0,2h; 5 – 0,05h
Зіставлення результатів, наведених на рис. 1 та рис. 2 свідчать, що збільшення тиску нагнітання з 0,95 МПа до 1,05 МПа прискорює процес інертизації. При цьому час інертизації скорочується з 210 хвилин до 180 хвилин. Таке підвищення тиску не впливає на стійкість і цілісність поділяючого шару за що свідчить 100 % концентрація азоту по всій висоті вантажного танка в кінцевий момент досліджень.
Порівняння результатів, наведених на рис. 1 та рис. 3 свідчать, що збільшення тиску нагнітання з 0,95 МПа до 1,15 МПа призводить до поступового руйнування стійкості та порушення цілісності поділяючого шару. Це підтверджується зменшенням концентрації азоту у верхній частині вантажного танка за певний проміжок часу (150…180 хвилин) та коливань значення концентрації азоту по висоті вантажного танка (у часовому інтервалі 150..210 хвилин).
Список літератури
1. Sagin S.V., Karianskyi S., Sagin S.S., Volkov O., Zablotskyi Y., Fomin O., Píˇstˇek V., Kuˇcera P. Ensuring the safety of maritime transportation of drilling fluids by platform supply-class vessel. Applied Ocean Research. 2023. Vol. 140. P. 103745. https://doi.org/10.1016/j.apor.2023.103745.
2. Sagin, S.V., Sagin, S.S., Fomin, O., Gaichenia, O., Zablotskyi, Y., Píˇstˇek, V., Kuˇcera, P. Use of biofuels in marine diesel engines for sustainable and safe maritime transport. Renewable Energy. 2024. Vol. 224. P. 120221. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120221.
3. Matieiko O. Selection of optimal schemes for the inerting process of cargo tanks of gas carriers. Technology Audit and Production Reserves. 2024. Vol. 4(1(78)). P. 43–50. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.310699.
4. Sagin S., Kuropyatnyk O., Sagin A., Tkachenko I., Fomin O., Píštěk V., Kučera P. Ensuring the Environmental Friendliness of Drillships during Their Operation in Special Ecological Regions of Northern Europe. Journal of Maritime Science and Engineering. 2022. Vol. 10(9). P. 1331. https://doi.org/10.3390/jmse10091331.
_______________________
Науковий керівник: Сагін Сергій Вікторович, доктор технічних наук, професор
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter