Экспериментальный СПГ-танкер «Methane Pioneer»

Идея водной транспортировки сжиженного природного газа на судах и баржах принадлежит Уильяму Вудиринсу, который в 1951 г. предложил перевозить сжиженный газ по р. Миссисипи от газовых месторождений Луизианы до г. Чикаго (США). Потенциальный холод сжиженного природного газа предполагалось использовать на чикагских бойнях. Созданная для реализации этой идеи исследовательско-конструкторская группа разработала в 1954 г. детальный проект, получивший название проекта Моррисона. Была построена плавучая баржа с полной установкой для сжижения производительностью по природному газу 185 тыс. м³/сутки.

Для транспортировки газа была запроектирована сдвоенная баржа длиной 80 м и шириной 16 м, на которой устанавливались пять цилиндрических вертикальных резервуаров из недорогостоящей стали, изолированных изнутри слоем прессованной бальзовой древесины толщиной 35,5 см. В качестве топлива для двигателей барж должен был использоваться испаряющийся сжиженный метан. Несмотря на готовность обеих барж, весь проект в целом не был осуществлен по экономическим причинам. Ни одна баржа с грузом сжиженного природного газа не пришла в Чикаго. Ряд крупных фирм США и Англии заинтересовались проектом Моррисона. Была создана компания «Constock Liquid Methane Corporation», которая должна была изучить и экспериментально проверить возможность морской транспортировки сжиженного природного газа с американского континента в Европу. Начиная с этого времени, основной интерес концентрируется вокруг проекта океанской транспортировки метана в Англию, которая испытывала острый дефицит топлива.

Были проведены обширные опыты по изучению поведения различных металлов и материалов (включая изоляцию) в условиях низких температур. Одним из подходящих изоляционных материалов оказалось бальзовое дерево, которым предполагалось изолировать кольцевое пространство между внутренним и наружным корпусами резервуара, изготовленными из обычной углеродистой стали. Бальзовое дерево хотя и обладало некоторой проницаемостью, однако оно могло сохранить газовую подушку. В условиях температурного перепада в самом слое изоляции пропуск сжиженного метана из внутреннего резервуара в изоляцию вызывал испарение жидкости и переход ее в газообразное состояние. Благодаря этому образовывался постоянный газовый барьер, препятствующий дальнейшему проникновению сжиженного газа к конструкциям судна.

Второй проект морского транспорта сжиженного природного газа появился в 1955 г. (проект Крекко). В нем предлагалось переоборудовать существующие сухогрузные суда для перевозки сжиженного метана из США и Венесуэлы в Англию.

Восемь больших и два мелких резервуара для хранения сжиженного метана предполагалось установить вдоль центральной линии судна, а на бортах и в трюме намечалось поставить топливные резервуары для мазута. Двигатели судна могли потреблять как мазут, так и испаряющийся метан в качестве топлива.

При потреблении в качестве топлива мазута испаряющийся сжиженный газ предполагалось подвергнуть повторному сжижению на судне и возвращать в резервуары. Ежедневные потери газа на испарение, по расчетам автора, должны были составить 0,5% от веса груза сжиженного метана.

Материалами для резервуаров должны были быть нержавеющая сталь и алюминий. Как и в проекте Моррисона, предполагалось изолировать резервуары изнутри, поверхность стали покрыть слоем полистирола толщиной 25,4 см, на который накладывался слой бальзового дерева толщиной 5 см.

Каждый резервуар помещался в отдельную холодильную камеру, металлические стены, основание и крыша которой изолировались изнутри стекловолокном. Такая тщательная изоляция предназначалась для защиты судна от случайной утечки сжиженного метана. До промышленного осуществления проекта морского транспорта сжиженного природного газа с американского на европейский материк необходимо было провести серию испытаний опытного танкера с целью изучения техники хранения и морской перевозки газа при низких температурах.

Фирма «Constock» и Газовый Совет Великобритании совместно образовали компанию «British Methane Limited» для закупки опытного судна и проведения всех экспериментальных работ.

Компания сознательно отказалась от нефтеналивного судна, так как сжиженный гaз и оборудование для его перевозки имеют сравнительно небольшой вес, а для обеспечения устойчивости судна необходимо наличие в нем вместительных трюмов для балласта (вода или мазут). Для переоборудования было выбрано торговое судно грузоподъемностью 5000 тонн. Длина его 103 м, ширина 15,3 м. Емкость пяти резервуаров составляет 5100 м³, расчетный объем груза сжиженного природного газа 2200 тонн. Три алюминиевых призматических резервуара емкостью по 1033 м³ размещаются в носовом отсеке, два резервуара емкостью соответственно 950 и 1030 м³ — в кормовом отсеке корабля. Все резервуары — свободностоящего типа.

Для удержания резервуаров на месте при движении судна, а также для ограничения их движения в результате воздействия термических нагрузок предусмотрены специальные изолированные растяжки.

Внутренний сварной корпус резервуара изготовлен из алюминиево-магниевого сплава (с 5% магния), наружный корпус — из обычной стали. Все сварные швы внутреннего и наружного резервуаров подвергались рентгеноскопическому исследованию. Для изоляции между алюминиевыми стенками резервуара и стальным кожухом был использован слой бальзовой древесины толщиной 30,5 см. Сжиженный газ находился в резервуарах под избыточным давлением 0,14 кг/см². Кольцевое пространство между внутренним и наружным корпусами резервуара, в котором находился слой изоляции, а также пространство между соседними резервуарами заполнялись сухим газообразным азотом под некоторым избыточным давлением, чтобы сохранить инертную атмосферу во всех отсеках судна. Кроме того, такая система препятствует поступлению влажного воздуха в низкотемпературную зону. В качестве меры предосторожности проводилось непрерывное определение содержания метана в азоте с помощью инфракрасных газоанализаторов. Чтобы оповещать команду судна об утечке газа, на танкере была устроена специальная система сигнализации. Кроме того, были предусмотрены счетчики для учета количества испаряющегося газа.

Температурный контроль осуществлялся с помощью многочисленных термопар, замеряющих температуру боковых стенок и днища внутреннего металлического корпуса резервуара, слоя изоляции и топливных баков. Все термопары присоединяются к непрерывно действующей электронной системе, имеющей специальные записывающие и сигнализирующие устройства. Если температура поверхности наружного стального корпуса резервуара падает ниже допустимого уровня в результате нарушения качества изоляции, срабатывает температурная сигнализирующая система, предупреждающая команду судна об опасности и необходимости принятия соответствующих мер, чтобы избежать воздействия низких температур на стальные конструкции судна. На случай возможной утечки сжиженного газа предусмотрены специальные устройства, подающие тепло к зоне, подвергшейся воздействию низких температур. При тяжелой аварии на судне имеется специальное насосное оборудование, обеспечивающее откачку сжиженного газа в море с любой стороны танкера.

Трубопроводы и арматура для слива и налива сжиженного газа в резервуары, отвода испарившейся жидкости, контрольно-измерительные приборы и приводные вертикальные валы к погружным насосам выходят через крышу резервуара на палубу танкера. Трубопроводы и арматура, размещаемые на палубе, изготовлены из нержавеющей стали.

Каждый резервуар оборудован центробежным погружным насосом, приводимым в действие взрывобезопасным электродвигателем, устанавливаемым на палубе танкера. Два резервуара оборудованы восьмиступенчатыми насосами, изготовленными из нержавеющей стали, а три других резервуара — трехступенчатыми бронзовыми насосами. Помимо погружных насосов каждый резервуар имеет дополнительный насос, служащий для удаления из резервуаров остатков сжиженного метана путем передавливания его сжатым газом. Эти насосы служат также в качестве резерва для погружных насосов.

На палубе танкера имеется два вертикальных центробежных насоса, принимающих сжиженный газ из погружных насосов и перекачивающих его через береговые коммуникации в резервуары, служащие для приема жидкого метана.

Для перекачки газа с танкера в береговые резервуары применялись трубопроводы, изготовленные из нержавеющей стали, а также гибкие териленовые шланги диаметром 180 мм, армированные проволокой из нержавеющей стали.

Поскольку танкер «Methane Pioneer» был рассчитан только на экспериментальную транспортировку сжиженного метана через Атлантический океан в течение ограниченного периода, было экономически нецелесообразно переводить дизельные двигатели судна на газ, образующийся в результате испарения сжиженного метана в резервуарах. Поэтому получаемый газ выпускался в атмосферу.

Реконструкция танкера «Methane Pioneer» была завершена в октябре 1958 г., после чего он прибыл на базу в Лейк Чарльз. Отсюда после завершения обширной программы исследований танкер с грузом сжиженного метана направился для опытного короткого плавания в Мексиканский залив. Особое внимание в этот период было обращено на процесс начального охлаждения всего резервуарного и вспомогательного оборудования танкера. Тщательно регистрировались все механические деформации и перемещения, испытывавшиеся резервуарами, температурные перепады и т. п. В ходе опытного плавания полную надежность показало все оборудование танкера, в том числе насосы, регулирующие и контрольно-измерительные приборы, устройства безопасности и т. п.

Первый рейс через Атлантический океан из Лейк Чарльз до о. Конвей продолжался 20 дней. За это время танкер прошел свыше 8000 км. К моменту прибытия судна на о. Конвей береговой резервуарный парк, насосы и трубопроводы должны были подвергнуться медленному охлаждению от обычной окружающей до заданной низкой температуры. Эта работа, включая и опорожнение танкерных резервуаров, была завершена в течение пяти дней. В дальнейшем для поддержания береговых резервуаров в холодном состоянии и возможности предварительного охлаждения сливных коммуникаций, идущих от пристани к береговым резервуарам до прибытия судна, в последних поддерживался определенный запас сжиженного природного газа. Это обеспечивало возможность быстрого опорожнения танкерных резервуаров при последующих рейсах и позволило завершить все сливные операции в первый же день прибытия танкера к месту назначения.

Во время первого рейса с грузом сжиженного газа, а также обратного порожнего рейса танкер попал в длительный шторм, при котором крен судна достигал 20 градусов. Как во время этого рейса, так и при шести последующих, танкер показал отличные эксплуатационные качества. Все оборудование и аппаратура работали нормально. Потери газа вследствие испарения были меньше первоначальных расчетных данных, составляя всего 0,5% в сутки от общего веса груза сжиженного метана.

В августе 1959 г. после завершения четырех рейсов из США в Англию танкер вошел в доки для капитального осмотра и ремонта, во время которого резервуары были тщательно высушены, очищены и провентилированы. Осмотр всех узлов судна, работающих в условиях низких температур, показал, что они находятся в отличном состоянии и не нуждаются в ремонте.

В общей сложности танкер «Methane Pioneer» совершил семь опытных рейсов, перевезя 12000 тонн сжиженного природного газа. В ходе первых трех рейсов численность обслуживающего персонала каждый раз сокращалась. В течение же последних четырех рейсов весь танкер обслуживался обычной командой судна.

Полученные в результате опытных рейсов танкера «Methane Pioneer» данные показали полную техническую возможность морского транспорта сжиженного природного газа.