Опытная транспортировка СПГ французским танкером «Бове» - Часть 3

Программа работ и испытаний на танкере «Бове» включала:

  1. У причала Сен-Назар — охлаждение резервуаров сжиженным азотом, которому было отдано предпочтение перед сжиженным природным газом ввиду безопасности и более интенсивного охлаждения;
  2. У причала Рош-Moрис — слив сжиженного метана и наполнение танкерных резервуаров на экспериментальной станции в Нанте;
  3. В открытом море — изучение влияния напряжений, возникающих в конструкциях резервуаров СПГ, при полном заполнении последних и в условиях боковой качки;
  4. Дополнительная загрузка танкера у причала Рош-Морис с последующим выходом его в море и выполнением многочисленных поворотно-вращательных движений (два резервуара были заполнены балластом, третий — сжиженным метаном);
  5. Слив оставшегося сжиженного газа у причала Рош-Морис с последующим подогревом и дегазацией резервуаров в открытом море.

При первом охлаждении резервуаров (сжиженным азотом) температура в них снижалась до –196°С, т. е. до температуры значительно более низкой, чем при хранении сжиженного природного газа при атмосферном давлении (–161°С). Сжиженный азот доставлялся в железнодорожных цистернах, в автоцистернах и полуприцепами к причалу, где на якоре стоял танкер «Бове».

Охлаждение резервуаров проводилось с таким расчетом, чтобы получить максимальное количество данных о поведении внутренних металлических конструкций резервуаров для сжиженного природного газа, эффективности и надежности работы системы трубопроводов (для охлаждения резервуаров путем опрыскивания стенок сжиженным газом), скорости охлаждения слоя изоляции, величины термических градиентов, изменении давления и т. д.

В результате испытаний было установлено, что при охлаждении резервуары подвергаются наиболее опасным термическим напряжениям, что требует соблюдения специальных мер предосторожности. Если металлические стенки резервуара охлаждаются равномерно, то термические напряжения незначительны независимо от скорости охлаждения. Невозможно и не следует охлаждать стенки резервуара распылением сжиженного газа одновременно по всей поверхности, так как некоторые элементы конструкции охлаждаются вследствие проводимости, получая холод от соседних, уже охлажденных частей.

Необходимо предусматривать удаление или сжигание газа, выделяющегося при испарении сжиженного метана, так как даже при малой продолжительности охлаждения количество испарившегося газа весьма значительно. Высокая интенсивность испарения сжиженного газа и возникающие напряжения ограничивают скорость охлаждения металлических стенок резервуара.

Расчет и измерение термических напряжений очень сложны. Еще на причале при получении первого груза сжиженного природного газа температура в резервуаре за короткий промежуток времени должна снизиться с +20 до –160°С. Когда же резервуар наполнен, ему приходится выдерживать гидростатическое давление жидкости. С точки зрения испытываемых усилий танкер можно представить в виде балки, несущей различного рода напряжения, вызванные боковой качкой, тангенциальными нагрузками и т. п. Танкер, находящийся в открытом море, выдерживает значительные нагрузки, так как жидкость в танкерных резервуарах находится постоянно в движении и создает неравномерность давления и распределения нагрузок. Положение осложняется еще более, если танкер транспортирует лишь частично заполненные резервуары, так как в этом случае между верхней и нижней частями резервуара возникает значительный перепад температур. Если с нагрузками, возникающими в результате движения судна, бороться трудно, то необходимо ограничивать термические напряжения. Поскольку такие напряжения возникают при охлаждении резервуаров во время порожних рейсов судна без груза сжиженного метана и при наливе сжиженного газа в резервуары, в эти периоды необходим особо тщательный контроль за степенью охлаждения резервуаров и прежде всего за температурой металлических стенок.

Контроль температур в резервуарах представляет мало интереса для анализа термических напряжений и поэтому от него можно отказаться. Следует оставить лишь замер температуры газа на выходе из резервуара. Для снижения термических напряжений резервуары равномерно охлаждают при помощи оборудованного на каждом резервуаре «пояса охлаждающего обрызгивания». На танкере «Бове» для этой цели использовался сжиженный азот, в дальнейшем на промышленных танкерах будет применяться сжиженный природный газ. Процесс охлаждения каждого резервуара продолжался 13 часов. Во избежание конденсации влаги внутри резервуара до начала охлаждения поддерживалась температура +40°С. Для охлаждения резервуара до температуры –160°С в него подавалось около 50 м3 сжиженного азота.

В процессе исследований выяснилось, что для охлаждения слоя изоляции необходимо гораздо больше времени, чем для охлаждения металлических стенок. При этом в период охлаждения изоляции степень испарения сжиженного газа значительно выше обычной. Нецелесообразно проводить охлаждение до низких температур, если резервуар оставляют затем на 2-3 дня с небольшим количеством сжиженного газа на дне. Поэтому если металлические стенки достигнут температуры, близкой к температуре жидкости, необходимо немедленно заполнить резервуар. Если нет возможности сразу же заполнить резервуар, следует принять меры, препятствующие нагреву верхних его частей, например, поддерживать постоянную температуру стенок, распыливая на них сжиженные природный газ или азот. Только после соответствующего охлаждения резервуаров и стабилизации температуры стенок можно приступать к заполнению резервуара сжиженным природным газом, переливу в другой резервуар и т. п.

Источник: Сорокин А.В., Черняк Л.М. - «Сжиженный метан за рубежом» (Москва, Издательство «НЕДРА», 1965)