Top Banner
Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner Teretni sustav LNG tankera 1 TERETNI SUSTAV LNG TANKERA Pripremio: Capt.Goran Belamarić, mag. ing., Master Mariner Split, svibanj 2012.
58

Teretni Sustav Lng Tankera

Nov 30, 2015

Download

Documents

dsdmanbl

zaštita od požara
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

1

TERETNI SUSTAV LNG TANKERA

Pripremio: Capt.Goran Belamarić, mag. ing., Master Mariner

Split, svibanj 2012.

Page 2: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

2

KAZALO

UVOD 2 1. SVOJSTVA PRIRODNOG PLINA 3

2. BRODOVI ZA PRIJEVOZ LNG-a 5

2.1. MOSS ROSENBERG – samonosivi tip spremnika 6 2.2. GAZ TRANSPORT – membranski tip spremnika 9 2.3. TECHNIGAZ – membranski tip spremnika 10 10 2.4. CS 1 – membranski tip spremnika 12 12 2.5. PREDNOSTI I NEDOSTACI SUSTAVA 14

3. TERETNI SUSTAV – Moss Rosenberg 16 3.1. BRODSKI CJEVOVODI 16 3.2. CRPKE 20 3.3. BRODSKA KOMPRESORSKA STANICA 26 3.3.1. Kompresori za dobavu plina kotlovima 26 3.3.1.1. Parni kompresori niske dobave 26 3.3.1.2. Električni kompresori niske dobave 29 3.3.2. Zagrijači plina 31 3.3.3. Isparivač plina 35 3.4. INERTIRANJE TERETNOG SUSTAVA 36 3.5. SUSTAV ZA NADZOR TERETA 43 3.5.1. Mjerni pretvornici – senzori 44 3.5.1.1. Mjerni pretvornik razine 45 3.5.1.2. Mjerni pretvornik temperature 49 3.5.1.3. Mjerni pretvornik tlaka 51 3.5.1.4. Mjerni pretvornik gustoće 52 3.5.2. Računalo sustava za nadzor tereta 53 3.6. SUSTAV ZA ZAUSTAVLJANJE OPERACIJA U SLUČAJU NUŽDE 54

ZAGLAVAK 55 KAZALO KRATICA 56 LITERATURA I VRELA 57

Page 3: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

3

UVOD

Posljednjih nekoliko godina došlo je do velikih promjena na meĎunarodnom pomorskom tržištu. Visoke cijene i ograničene količine sirove nafte, kao i sve veća potreba za ekološki prihvatljivim oblicima energije, dovele su naglog porasta potrošnje prirodnog plina. Sve više razvijenih zemalja ulaže znatna sredstva za izgradnju efikasnih kogeneracijskih termo elektrana. Ova vrsta elektrana iskorištava čak 80% ukupne energije prirodnog plina za proizvodnju električne i toplinske energije, uz minimalno onečišćenje okoliša. Zemlje izvoznice prirodnog plina, u suradnji sa multinacionalnim kompanijama, započele su projekte izgradnje velikog broja postrojenja za ukapljivanje prirodnog plina, kako bi zadovoljile zahtjeve za pojačanom potrošnjom na svjetskom tržištu. Povećanje potrošnje prirodnog plina dovelo je i do naglog povećanja flote za njegov prijevoz morem, takozvanih LNG tankera (LNG – Liquified Natural Gas – ukapljeni prirodni plin). Tako je nekoć mala svjetska flota, koja se do 2001. godine sastojala tek od 160 brodova, doživjela pravu ekspanziju. U siječnju 2008 godine svjetska flota LNG tankera kapaciteta preko 10000m3 sastojala se od 307 brodova, uz 44 očekivane novogradnje u 2009. godini1.

LNG tankeri danas spadaju u najmodernije i najsigurnije brodove na svijetu, zbog specifičnih osobina tereta kojeg prevoze. Prirodni plin je smjesa ugljikovodika koja se pri atmosferskom tlaku i sobnoj temperaturi nalazi u plinovitom stanju. Prirodnog plina ima na svim kontinentima, a najveća nalazišta nalaze se na području bivšeg Sovjetskog Saveza, Bliskog istoka, Gvinejskog zaljeva, Sjeverne Afrike, u SAD, Indoneziji i na Karibima. Po nekim studijama, najveće količine prirodnog plina nalaze se ispod morskog dna, i njegovo iskorištavanje tek treba početi. Sastav prirodnog plina ovisi o dubini na kojoj se nalazi i zemljopisnom području podrijetla, a sastoji se uglavnom od metana i manjeg postotka etana, propana i butana. U prirodnom plinu nalaze se još i manje količine raznih primjesa koje ne pripadaju ugljikovodicima, kao što su ugljik dioksid, sumporvodik, dušik, helij, vodena para, živine pare, itd. Sastav prirodnog plina ima značajan utjecaj na sve njegove karakteristike, kao što su kalorična vrijednost, gustoća i temperatura.

1 Prema LNG World Shipping Journal, Lipanj 2008.

Page 4: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

4

1. SVOJSTVA PRIRODNOG PLINA

Prirodni plin je smjesa ugljikovodika koja se pri atmosferskom tlaku i sobnoj temperaturi nalazi u plinovitom stanju. Prirodnog plina ima na svim kontinentima, a najveća nalazišta nalaze se na području bivšeg Sovjetskog Saveza, Bliskog istoka, Gvinejskog zaljeva, Sjeverne Afrike, u SAD, Indoneziji i na Karibima. Po nekim studijama, najveće količine prirodnog plina nalaze se ispod morskog dna, i njegovo iskorištavanje tek treba početi. Sastav prirodnog plina ovisi o dubini na kojoj se nalazi i zemljopisnom području podrijetla, a sastoji se uglavnom od metana i manjeg postotka etana, propana i butana. U prirodnom plinu nalaze se još i manje količine raznih primjesa koje ne pripadaju ugljikovodicima, kao što su ugljik dioksid, sumporvodik, dušik, helij, vodena para, živine pare, itd. Sastav prirodnog plina ima značajan utjecaj na sve njegove karakteristike, kao što su kalorična vrijednost, gustoća i temperatura. Sastav prirodnog plina koji se izvozi s terminala Bontang u Indoneziji, Point Fortin u Trinidadu i Ras Laffan u Kataru prikazan je u Tablici 1.

Tablica 1 – Sastav prirodnog plina s terminala Bontang, Indonezija, Point Fortin, Trinidad i Ras Laffan, Katar

Fizička obilježja prirodnog plina ovise o njegovom sastavu, a najbliža su obilježjima čistog metana. Metan je plin iz obitelji zasićenih ugljikovodika, lakši je od zraka, a relativna gustoća u odnosu na zrak pri sobnoj temperaturi iznosi

0.55. Vrelište metana je vrlo nisko, i pri atmosferskom tlaku iznosi –161.5C.

Kritični tlak metana iznosi 45.8 bara, a kritična temperatura –82.1C. Zbog toga je ukapljivanje metana i prirodnog plina vrlo zahtjevan proces, pošto plin treba

stlačiti preko 45.8 bara i ohladiti ispod –82.1C da bi došlo do ukapljivanja. MeĎutim, ukapljivanjem se volumen prirodnog plina smanjuje za oko 620 puta, što ga čini vrlo ekonomičnim za prijevoz posebnom vrstom brodova.

Kemijski element

Oznaka elementa

Bontang Point Fortin Ras Laffan

Udio/% Udio/% Udio/%

Metan CH4 91.44 96.48 90.27

Etan C2H6 4.97 2.92 6.14

Propan C3H8 2.48 0.52 2.25

I–Butan I – C4H10 0.56 0.03 0.39

N–Butan C4H10 0.52 0.03 0.57

I–Pentan I – C5H12 0.01 0.01 0.01

Dušik N2 0.02 0.01 0.37

Gustoća 454kg/m3 432kg/m3 457kg/m3

Temperatura –158.8°C –159.5°C –159.5°C

Page 5: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

5

Gustoća ukapljenog metana iznosi 426kg/m3, dok se gustoća ukapljenog prirodnog plina kreće i do 465kg/m3. Sam sastav LNG–a ovisi i o načinu rada postrojenja za ukapljivanje. Neka postrojenja u procesu ukapljivanja, koje se provodi u više stupnjeva, odvajaju teže ugljikovodike, poput etana i propana. Takva postrojenja krcaju etan i propan u posebne spremnike i izvoze ih LPG tankerima (LPG – engl. Liquified Petroleum Gas – ukapljeni petrolejski plin) kao poseban teret za potrebe kemijske industrije. Neka postrojenja pak, kao terminal Bontang u Indoneziji (tablica 1), miješaju teže ugljikovodike s metanom, pa takav LNG ima veću gustoću i višu temperaturu, pošto su mu fizikalna svojstva razmjerna kemijskom sastavu.

Zbog iznimno niske temperature LNG se prevozi u tankovima od posebnih materijala koji su izolirani debelim slojem toplinske izolacije, kako bi se spriječilo grijanje i isparavanje tereta. Konstrukcija tankova i opreme LNG tankera podliježe pravilima IMO IGC koda (IGC – International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquified Gases in Bulk), prema kojem je maksimalni dozvoljeni tlak u tankovima LNG tankera 25 kPa. Pošto se u praksi LNG prevozi na temperaturama iznad točke vrelišta (tablica 1), tokom putovanja dolazi do isparavanja tereta u tankovima, kako bi se postigla ravnoteža izmeĎu tlaka pare i temperature tereta.

Ako se za razmatranje uzme LNG sa terminala Bontang iz Indonezije, lako je pomoću Daltonovog zakona parcijalnog tlaka izračunati da bi tlak zasićenja LNG–a u tankovima pri temperaturi od –158.7°C iznosio oko 13.8 kPa. MeĎutim, zbog proboja topline kroz izolaciju tankova, valjanja i vibracija samog broda, koje tokom plovidbe uzrokuju povećano trenje meĎu molekulama LNG–a, dolazi do konstantnog povećanja temperature tereta. Tako za vrijeme putovanja od Indonezije do Japana koje traje 5.5 dana, temperatura LNG–a u brodskim tankovima poraste i za 0.5°C. U tom slučaju, prilikom dolaska u Japan, tlak zasićenja LNG–a u brodskim tankovima za temperaturu od –158.2°C iznosio bi 18.3 kPa. Bitno je naglasiti da samo valjanje i vibracije broda pri snazi vjetra od 5 do 6 Bofora izazivaju skokovite promjene tlaka u tankovima, pri čemu tlak često doseže razine preko 22 kPa. Zbog svih navedenih razloga, IMO je u IGC kod uveo odredbu da svaki brod za prijevoz ukapljenih plinova mora imati najmanje dva nezavisna sustava kontrole tlaka u tankovima tereta.

Iako je u posljednje vrijeme došlo do značajnih promjena u području pogona i sustava za kontrolu tlaka u tankovima, i danas preko 80% svjetske flote LNG tankera za pogon koristi parnu turbinu. Primarni sustav za održavanje tlaka u tankovima LNG tankera na parni pogon su posebni kompresori, putem kojih se višak isparenog plina iz tankova šalje u strojarnicu za loženje kotlova. Sekundarni sustav kontrole tlaka u tankovima ujedno služi i za slučaj nužde, a sastoji se od cjevovoda kojim je moguće kontrolirano ispuštanje plina u atmosferu.

Page 6: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

6

2. BRODOVI ZA PRIJEVOZ LNG – a

Brodovi za prijevoz LNG–a, ili LNG tankeri, zbog posebne prirode svog tereta moraju biti posebne konstrukcije i na njima moraju biti provedene posebne mjere opreza, kako bi se plin prevozio bez opasnosti po ljudske živote. Glavna odlika LNG tankera je posebna konstrukcija tankova za teret i izolacija kojom se smanjuje grijanje tereta. LNG tankeri dijele se s obzirom na konstrukciju tankova na membranske i na brodove sa samonosivim spremnicima od kojih se najviše koristi Moss–Rosenbergova izvedba (Slika 1).

Slika 1 – LNG tanker Moss – Rosenbergove izvedbe S.S.‘’LNG Capricorn’’

Tankere ovakve vrste dijelimo s obzirom na konstrukciju njihovih spremnika. Osnovna podjela bi dakle bila, na LNG tankere sa membranskim (Slika 10) i samonosivim (Slika 1) spremnicima. Membranski spremnici su sastavni dio brodskog trupa te danas uspješno koristimo tri sustava membranskih spremnika : GT – Gaz Transportovi, TG – Technigazovi i CS 1 sustav kao kombinacija dobrih strana prethodna dva sustava. Samonosivi odnosno spremnici koji nisu dio brodskog trupa, izraĎuju se posebno te postavljaju na cilindrični nosač, koji je dio brodske konstrukcije, to su spremnici Moss – Rosenbergove izvedbe.

Page 7: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

7

2.1. MOSS ROSENBERG – samonosivi tip spremnika

LNG tankeri Moss–Rosenbergove izvedbe dobili su ime po brodogradilištu Moss–Rosenberg iz Norveškog grada Stavangera. Sredinom sedamdesetih godina prošlog stoljeća u tom su brodogradilištu projektirani i izgraĎeni prvi takvi brodovi. LNG tankeri Moss–Rosenbergove izvedbe odlikuju se teretnim tankovima sfernog oblika, koji se uzdižu visoko iznad glavne palube (slika 2).

Teretni tankovi Moss–Rosenbergove izvedbe nisu sastavni dio brodskog trupa, već se izraĎuju posebno, i postavljaju na cilindrični nosač (skirt), koji je dio brodske konstrukcije. Tankovi Moss–Rosenbergove izvedbe izraĎuju se od aluminija američke oznake 5083–O. To je slitina aluminija i drugih metala, sastava prikazana u Tablici 2.

Tablica 2 – Kemijski sastav Aluminija 5083–O

Ova slitina aluminija nije toplinski obradiva, vrlo je čvrsta i pri izuzetno niskim temperaturama. LNG tankeri s tankovima ove izvedbe mogu prevoziti terete na temperaturama i do –163ºC. Gustoća aluminija 5083–O je 2660kg/m3 i vrlo se lako obraĎuje i zavaruje. Slitina nije podložna starenju i ima izvrsnu otpornost prema koroziji, što je čini pogodnim materijalom za sve sustave koji su u izravnom dodiru s LNG–om. Tank se izraĎuje zavarivanjem zakrivljenih aluminijskih ploča debljine 35 do 70mm, koje oblikuju prstene, a čijim spajanjem nastaje kugla. Najosjetljiviji dio sfernog tanka je ekvatorijalni prsten, preko kojeg je čitav tank oslonjen o cilindrični nosač. Debljina tanka na ekvatorijalnom prstenu iznosi od 195 do 202mm, ovisno o promjeru tanka.

Prvi LNG tankeri Moss–Rosenbergove izvedbe imali su kapacitet 125000m3 i graĎeni su sa šest tankova. Prvi tank bio je ujedno i najmanji, unutarnjeg promjera 29,87m i kapaciteta 14230m3. Ostali tankovi imali su unutarnji promjer od 34,90m i kapacitet od 22400m3. Kako su brodovi s više tankova, pumpi, ventila, cjevovoda i senzora matematički podložniji kvarovima, nekoliko godina nakon porinuća prvih LNG tankera Moss–Rosenbergove izvedbe, konstruirani su brodovi kapaciteta 125000m3 s pet, a potom i četiri jednaka tanka. Unutarnji promjer takvih tankova bio je 36.3m i kapacitet 25250m3, te 39,10m i 31250m3.

Kemijski element

Oznaka elementa

Udio/% Kemijski element

Oznaka elementa

Udio/%

Aluminij Al 92,4 – 95,6 Cink Zn do 0,25

Magnezij Mg 4,0 – 4,9 Krom Cr 0,05 – 0,25

Mangan Mn 0,4 – 1,0 Titan Ti do 0,15

Željezo Fe do 0,40 Bakar Cu do 0,10

Silicij Si do 0,40 Ostali metali / do 0,15

Page 8: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

8

Aluminijski ekvatorijalni prsten tanka zavaren je za koncentrični aluminijski nosač (stiff ring) koji se, preko posebne bimetalne spojke, varenjem spaja s čeličnom brodskom konstrukcijom. Zadaća bimetalne spojke je da osigura kontakt izmeĎu aluminija i čelika, i da smanji grijanje tanka voĎenjem topline kroz cilindrični nosač.

Slika 2 – Konstrukcija tanka Moss–Rosenbergove izvedbe

Unutar tanka nalazi se aluminijski toranj promjera 2,5m, koji služi za podržavanje pumpi i teretnih cjevovoda. Toranj je zavaren za dno tanka i proteže se cijelom njegovom visinom, sve do kupole na vrhu. Unutar tornja nalaze se meĎuplatforme i siz, preko kojih je omogućen pristup i inspekcija unutrašnjosti tanka. Na vanjskom obodu tornja nalaze se sapnice za pothlaĎivanje, kojima se oplata tanka pothlaĎuje za vrijeme balastnog putovanja.

Na vrhu tanka nalazi se kupola (Slika 3), kroz koju prolaze izvodi svih cjevovoda i kroz koju je, preko posebnog otvora, omogućen pristup unutrašnjosti tanka. Na kupoli se nalaze izvodi tlačnih cjevovoda dviju teretnih pumpi, izvod ukrcajnog cjevovoda i izvod cjevovoda za pothlaĎivanje s pripadajućim ventilima.

Page 9: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

9

Na kupoli se nalaze i tri razvodne kutije, preko kojih je omogućeno napajanje teretnih pumpi (main cargo pump) i pumpi za pothlaĎivanje (spray pump), kao i napajanje instrumenata za praćenje stanja tereta unutar tanka. Na vrhu kupole nalaze se i dva sigurnosna ventila i izvod cjevovoda pare tereta (vapour) kojima se kontrolira tlak u praznom prostoru tanka.

Slika 3 – Kupola teretnog tanka

Page 10: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

10

2.2. GAZ TRANSPORT – membranski tip spremnika

Gaz – Transportovi spremnici imaju dvije membrane i dvostruku izolaciju (Slika 4). Prva membrana tj. ona koja je u izravnom dodiru s teretom izraĎena je od invara debljine 0.7mm u obliku ploča širine 500mm čiji su krajevi u trenutku varenja podignuti. Iza prve membrane nalazi se prvo izolacijsko područje koje se sastoji od ojačanih drvenih kutija ispunjenih ekspandiranim perlitom. Na kutije prvog izolacijskog područja su užlijebljena rebra od invara na koja se vare ploče prve membrane. Iza prvog izolacijskog područja nalazi se druga membrana koja je takoĎer od invara. IzmeĎu brodske oplate i druge membrane nalazi se drugo izolacijsko područje iste konstrukcije kao prvo. Kutije drugog izolacijskog područja su pričvršćene vijcima za brodsku oplatu premazanu epoksidnom smolom. Prostor izmeĎu kutija izolacije ispunjen je mineralnom vunom. Kako izgleda unutrašnjost spremnik Gaz – Transportove izvedbe možemo vidjeti na Slici 5.

Slika 4 – Presjek GT – spremnika (model : No 96)

Primary barrier – Primarna membrana od invara Secondary barrier – Sekundarna membrana od invara Primary Perlite Box – Primarna izolacija od perlita Secondary Perlite Box – Sekundarna izolacija od perlita

Page 11: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

11

Slika 5 – Nutrina spremnika Gaz – Transportove izvedbe

2.3. TECHNIGAZ – membranski tip spremnika Technigazov sustav membranskih spremnika ima jako dobra izolacijska svojstva. Spremnik ima takoĎer dvije membrane od kojih je prva ona u izravnom dodiru s teretom, izraĎena od limova krom – nikl čelika s vrlo malim postotkom ugljika, 18% kroma i 10% nikla. Drvene ploče debljine 12mm nose prvu membranu i naslanjaju se na prvo izolacijsko područje koje se sastoji od ploča ekspandirane poliuretanske pjene. IzmeĎu prvog i drugog izolacijskog područja nalazi se druga membrana sastavljena od sloja aluminija. Ovakva druga membrana je u biti triplex folija odnosno tanka aluminijska folija. Drugo izolacijsko područje izraĎeno je od ploča ekspandirane poliuretanske pjene i naslanja se na drvene ploče debljine 6mm koje su pričvršćene vijcima za dvostruku oplatu premazanu epoksidnom smolom. Presjek izvedbe ovakvog spremnika prikazuje slika 6 dok njegovu unutrašnjost možemo vidjeti na slici 7.

Page 12: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

12

Slika 6 – Presjek TG – spremnika (model : Mark III)

Primary barrier, stainless teel – Primarna membrana od nehrĎajućeg čelika Secondary barrier, triplex – Sekundarna membrana od triplexa

Slika 7 – Unutrašnjost spremnika Technigazove izvedbe

Page 13: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

13

2.4. CS 1 – membranski tip spremnika Specijalizirani brodovi tipa LNG, zahtijevaju kontinuirani rad na razvijanju tehnologije, pa smo tako dobili i CS 1 tip sustava. Membranski tip LNG – a, model CS 1 je zadnji u evolucijskom razvoju LNG brodova, te je kao takav uzeo prednosti iz prethodno dva navedena sustava. Dakle, to je sustav napravljen kao kombinacija dobrih strana dosadašnjih sustava (No96 / MarkIII). Ovakav tip spremnika ima primarnu membranu od invara (Slika 8), preuzetu naravno iz GT/No 96 sustava. Razlog uzimanja ovakve primarne membrane je izričito financijske prirode, membrana od nehrĎajućeg čelika je dosta skuplja, a možemo kazati i pomalo nepraktična kod instalacije. Izolacija je korištena iz MarkIII sustava dakle, poliuretanska pjena kao i sekundarna membrana od triplexa. Korneri odnosno kutovi su izraĎeni od invara. Kao glavne prednosti ovog sustava vidimo : toplinsku izolaciju poliuretanske pjene koja je ujedno i praktičnija od perlita korištenog u No96 sustavu, veći je broj gotovih dijelova dakle koji su već tvornički gotovi i kao što sam već rekao jeftinije postavljanje primarne membrane. Unutrašnjost ovakvog spremnika možemo vidjeti na Slici 9.

Slika 8 – Presjek CS 1 – spremnika

Primary barrier, invar membrane – Primarna membrana od invara Secondary barrier, triplex – Sekundarna membrana od triplexa Top Bridge pad – Glavna podloga

Page 14: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

14

Slika 9 – Unutrašnjost CS 1 – spremnika

Slika 10 – LNG – tanker membranske izvedbe

Page 15: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

15

2.5. PREDNOSTI I NEDOSTATCI SUSTAVA

Usporedimo li sustave vidimo da svaki od njih ima odreĎene specifične prednosti. Membranski sustavi bolje koriste prostor te za jednak kapacitet imaju znatno manje dimenzije od samonosivih sustava. Sferični spremnici s cilindričnim nosačima imaju veću ukupnu težinu od sustava s membranom, zbog većeg nadvoĎa trebaju veću snagu za propulziju, što znači veću potrošnju goriva i slabije manevarske sposobnosti. U slučaju bočnog sudara ili nasukavanja, brodovi sa sferičnim spremnicima u znatnoj su prednosti. Velika prednost sferičnih, prizmatičnih spremnika je to što se izraĎuju paralelno s konstrukcijom broda (Slika 11) nakon čega se ugraĎuju u konstrukciju što smanjuje vrijeme isporuke broda. Paralelna konstrukcija otvara mogućnost kvalitetnije kontrole tijekom konstruiranja, dok je mogućnost kontrole membranskih sustava ograničena. Sustavi sa samonosivim aluminijskim spremnicima mogu podnijeti veće tlakove plina te ga koristiti prema potrebi goriva. U slučaju oštećenja crpki, tlak se može koristiti za iskrcaj tereta. Prednost ovih sustava je i da mogu biti punjeni do bilo koje visine, za razliku od membranskih sustava kod kojih se striktno poštovati visina tekućine u spremnicima.

Slika 11 – Ugradnja sferičnih spremnika – Moss Rosenberg

Page 16: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

16

Prednosti samonosivih sustava sa sferičnim spremnicima :

- manji rizik oštećenja pri sudaru ili nasukavanju - povoljniji uvjeti konstruiranja - bolja mogućnost kontrole - punjenje do svih visina - veća mogućnost skupljanja isparenog plina - mogućnost iskrcaja tereta bez crpki Prednosti membranskih sustava : - manje dimenzije - manje potrebna propulzijska snaga - manja potrošnja goriva - manje nadvoĎe - veći kapacitet

Prednosti GT 96 sustava su prije svega ravna membrana od invara ( 36%

Nikl-Čelika ), jednostavniji je za konstrukciju, rezanje i montiranje u tanku. Nedostatci ovakvog sustava su izolacija od ekspandiranog perlita koji ima veći koeficijent temperaturne vodljivosti od poliuretanske pjene, koja je ujedno i jednostavnija za oblikovanje, rezanje itd.

Prednosti TG Mk III sustava su dakle izolacija od poliuretanske pjene, takoĎer ima prednost i u drugoj membrani koja je od triplexa ima dva sloja mineralne vune izmeĎu kojih je alu-folija, što je jednostavnije za konstrukciju i jeftinije od invara dakle druge membrane GT 96 sustava. Nedostatak ovog sustava je membrana od stainles steela, rebrasta zbog temperaturne ekspanzije, vrlo skupa i komplicirana za konstrukciju i montažu. CS 1 je sustav koji je uzeo prednosti od ova dva sustava.

Page 17: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

17

3. TERETNI SUSTAV – Moss Rosenberg 3.1. BRODSKI CJEVOVODI

Na LNG tankeru postoji složen sustav cjevovoda koji služi za manipulaciju teretom, održavanje tlaka u spremnicima, pothlaĎivanje, inertiranje itd (Slika 12). Cjevovodi se klasificiraju po mediju koji prolazi kroz njih, pa na brodu postoje LNG cjevovod, GNG cjevovod, CTC cjevovod, cjevovod dušika, cjevovod inertnog plina, protupožarni cjevovod, cjevovod komprimiranog zraka, itd.

Slika 12 – Cjevovodi LNG tankera

Page 18: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

18

LNG cjevovod služi za manipulaciju teretom. Cjevovod je konstruiran od nehrĎajućeg čelika s visokim postotkom kroma i nikla, kako bi izdržao niske temperature kojima je izložen. Cjevovod je takoĎer izoliran poliuretanskom pjenom, kako bi se spriječilo grijanje tereta za vrijeme protoka i stvaranje nakupina leda na vanjskoj strani cjevovoda. Vanjski sloj poliuretanske izolacije zaštićen je od atmosferskih utjecaja slojem stakloplastike. Kako bi se omogućilo termalno i dinamičko pomicanje cjevovoda, na kritičnim su mjestima ugraĎene ekspanzijske priključnice (Slika 13).

Slika 13 – Ekspanzijska priključnica

LNG cjevovod počinje na dnu spremnika 10” tlačnim cjevovodom glavnih teretnih pumpi i 14” ukrcajnim cjevovodom. Nakon prolaska kroz kupolu spremnika, sva se tri cjevovoda spajaju u zajednički ogranak. Ogranci od svih pet spremnika spajaju se na glavni uzdužni LNG cjevovod promjera 18”. Glavni uzdužni LNG cjevovod proteže se po vrhu svih pet spremnika i povezuje ih sa ukrcajnim kolektorom (Slika 14). Na sredini broda, izmeĎu spremnika br. 2 i 3, glavni uzdužni LNG cjevovod grana se na dva poprečna, koji vode do ukrcajne platforme i kolektora. Svaki poprečnim LNG cjevovod grana se na ukrcajnoj platformi na dva 16” ogranka, na koji se spajaju obalni cjevovodi. LNG cjevovod završava na ukrcajnoj platformi završetkom koji je u navigaciji zatvoren zaklopkom. Kako bi se omogućilo propuhivanje i odvajanje obalnih cjevovoda, završetak LNG cjevovoda opremljen je sustavom premosnica i odušnika.

Page 19: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

19

Slika 14 – Kolektor LNG tankera

GNG cjevovod služi za kontrolu tlaka u spremnicima. Njegova Zadaća je slanje isparenog plina iz praznog dijela spremnika na usis kompresora za vrijeme putovanja, a za vrijeme ukrcaja služi za slanje plina istisnutog LNG–om na terminal. Tokom iskrcaja se preko GNG cjevovoda snabdijeva GNG, koji nadomješta LNG iskrcan iz spremnika. Cjevovod je iste konstrukcije kao i LNG cjevovod, a počinje na kupoli svakog spremnika sa 10” ogrankom. Ogranci od svih pet spremnika spajaju se na 18” zajednički glavni uzdužni GNG cjevovod, koji se proteže preko svih pet spremnika. Na sredini broda, izmeĎu spremnika br. 2 i 3, glavni uzdužni GNG cjevovod grana se na dva 18” poprečna cjevovoda. Jedan poprečni cjevovod vodi ravno do ukrcajne platforme i 16” kolektora, dok drugi vodi na usis kompresora. Iskrcaj kompresora se preko 16” GNG cjevovoda može preusmjeriti na kolektor prema terminalu, prema strojarnici za izgaranje u kotlovima ili, u slučaju nužde, prema glavnom odušniku. Postoji takoĎer 22” spoj izmeĎu LNG i GNG cjevovoda, koji je spojen na zagrijač kompresora. Taj spoj se koristi prilikom pripremanja teretnog sustava za inertiranje, i u normalnim je uvjetima zatvoren slijepim zaklopkama.

CTC cjevovod služi za pomoćne svrhe. Njegova Zadaća je dobava LNG–a na sapnice za pothlaĎivanje spremnika, i pothlaĎivanje LNG cjevovoda prije teretnih operacija. CTC cjevovod se takoĎer može koristiti i za dobavu LNG–a na isparivač. Prisilnim isparavanjem dobiva se GNG, koji se može slati u spremnike, ako za vrijeme iskrcaja terminal nije u stanju osigurati povrat plina koji nadomješta iskrcani LNG u spremnicima.

Page 20: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

20

CTC cjevovod manjeg je promjera, do 2”, i konstruiran od istog nehrĎajućeg čelika kao i LNG i GNG cjevovodi. Izolacija je takoĎer izvedena od poliuretanske pjene sa zaštitnim slojem stakloplastike. Cjevovod počinje na dnu spremnika sa CTC pumpom i njenim 1.5” tlačnim cjevovodom. tlačnim cjevovod CTC pumpe vodi kroz toranj sve do kupole spremnika. Dalje se tok LNG–a može preusmjeriti na sapnice za pothlaĎivanje ili u glavni CTC cjevovod. Na kupoli spremnika nalaze se potrebni ventili, kako bi se tok mogao preusmjeriti u željenom smjeru (Slika 15). Ogranak cjevovoda koji napaja sapnice grana se na dva ogranka, koja snabdijevaju dvije vrste sapnica ugraĎenih na LNG tankeru. Prva vrsta sapnica su sapnice za održavanje temperature. Nalazi ih se po četiri u svakom spremniku i montirane su na vanjski obod tornja, nešto iznad ekvatorijalnog prstena. Imaju promjer od 6 mm i služe za polagano pothlaĎivanje tokom balastnog putovanja. Druga vrsta sapnica za brzo pothlaĎivanje ima promjer od 9.5 mm, i omogućava veći protok LNG–a, a samim time brže pothaĎivanje oplate spremnika. Ova vrsta sapnica koristi se u završnoj fazi pothlaĎivanja spremnika, kada je potrebno postići veoma nisku temperaturu ekvatorijalnog prstena.

Slika 15 – Ventili CTC cjevovoda na kupoli spremnika

Drugi ogranak cjevovoda spaja se na glavni CTC cjevovod, koji povezuje sve spremnike. Ovaj cjevovod služi za pothlaĎivanje LNG cjevovoda i s njime je spojen na četiri mjesta. Ti se spojevi koriste za polagano naplavljivanje LNG cjevovoda, kako bi se izbjegla nagla termalna opterećena prilikom početka ukrcaja ili iskrcaja LNG–a.

Page 21: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

21

3.2. CRPKE

Na svakom LNG tankeru postoje dvije vrste pumpi za rukovanje teretom. To su glavne teretne pumpe i pumpe za pothlaĎivanje. U svakom tanku nalaze se po dvije glavne teretne pumpe koje služe za iskrcaj tereta. Pumpe su vijcima spojene za svoje tlačne cjevovode i nalaze se pri dnu tornja.

Glavne teretne pumpe su vertikalne centrifugalne izvedbe, s jednim impelerom i usisnim rotorom. Kućište pumpe izraĎeno je iz aluminija 5083–O, a osovina, impeler i ležajevi od austenitskog nehrĎajućeg čelika s 18% kroma i 8 ili 10% nikla (Cr–Ni 18–10, Cr–Ni 18–8). Pumpe pogoni elektromotor s tri fazna namotaja, koji se preko brodskih turbogeneratora napajaju izmjeničnom strujom napona 440V. Elektromotor je osovinom izravno spojen s impelerom i usisnim rotorom, koji ima zadaću poboljšati usisna svojstva pumpe. Ležaji pumpe i elektromotora podmazuju se i hlade preusmjeravanjem malog dijela toka LNG–a s tlačne strane pumpe kroz posebne otvore (slika 16). Taj dio LNG–a prolazi kroz ležaje i prostor izmeĎu rotora i statora motora, hladeći i podmazujući ih. Glavnina LNG–a nakon prolaska kroz impeler prolazi izmeĎu kućišta elektromotora i pumpe, odakle se vodi u tlačni cjevovod. Na vanjskoj strani kućišta pumpe nalazi se razvodna kutija preko koje se spajaju kabeli za napajanje. Kabeli se nalaze unutar bakrenih cijevi okruženi mineralnim izolatorom. Pumpe su pričvršćene za svoj tlačni cjevovod, tako da im je usis smješten otprilike 0,15m iznad dna spremnika, kako bi se mogla posušiti maksimalna količina tereta.

Važna karakteristika električnih pumpi je konstantan broj okretaja. Nakon što doĎe pod napon izmjenične struje, stator stvara rotacijsko magnetsko polje, koje pokreće rotor i pumpu konstantnom brzinom od 1780 o/min. Kapacitet ovakvih pumpi kontrolira se tlačnim ventilom pumpe (slika 3), kojim se hidraulički ili pneumatski upravlja iz kontrolne prostorije. Tlačni ventil je leptir izvedbe, a njegovim se prigušivanjem povećava otpor protoku tekućine i smanjuje kapacitet pumpe. Kod električnih pumpi vrlo je važno održavati kapacitet unutar dozvoljenih granica. Kako bi se kontrolirao kapacitet pumpe, unutar kontrolne prostorije postoji indikator tlaka i jakosti struje kroz svaku pumpu. Kapacitet pumpi ovisi o broju i volumenu teretnih tankova, pošto su pumpe dizajnirane za iskrcaj čitavog tereta unutar 12 sati. LNG tankeri sa šest tankova imaju 12 glavnih teretnih pumpi kapaciteta 900m3/h pri jakosti struje od 300A, a brodovi s pet tankova 10 pumpi kapaciteta 1100 do 1200m3/h pri jakosti struje od 390 do 420A.

Pumpe su zaštićene od preopterećenja i neispravnog rada posebnim relejnim sklopovima, koji zaustavljaju pumpu u slučaju da jakost struje izaĎe izvan dozvoljenih granica.Od suprotnog protoka pumpa je zaštićena nepovratnim ventilom, koji se nalazi u tlačnom cjevovodu, na kupoli tanka (slika 3).

Page 22: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

22

Slika 16 – Glavna teretna pumpa za rukovanje LNG–om

Page 23: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

23

Iskrcaj LNG tereta može započeti nakon što je brod sigurno privezan za prihvatni terminal, a obalni cjevovodi spojeni za brodski kolektor. Prije samog početka iskrcaja, potrebno je obaviti proračun količine tereta pristigle na iskrcaj, kako bi se naknadno mogla izračunati ukupna količina iskrcanog tereta. Glavne teretne pumpe pokreću se na zahtjev terminala, jedna za drugom, najčešće u razmacima od 3 do 5 minuta. Pumpama se upravlja s glavne konzole kontrolne prostorije (Cargo Control Room – CCR), a prilikom pokretanja potrebno je slijediti točno odreĎenu proceduru. Naime, prilikom pokretanja, tlačni ventil pumpe ne smije biti više od 25% otvoren. Pri pokretanju pumpe dolazi do nagle promjene tlaka u brodskom cjevovodu pošto LNG pri velikoj brzini stvara pravi hidraulički udar (hydraulic hammer, surge pressure). Nagle promjene tlaka i hidraulički udari mogu izazvati ozbiljna oštećenja na ekspanzijskim priključnicama (slika 3) i ventilima teretnog sustava, koji imaju ograničenu aksijalnu fleksibilnost. Prigušivanjem tlačnog ventila pri pokretanju pumpe, dopušta se protok samo minimalnoj količini tekućine, čime se uvelike smanjuje opasnost od hidrauličnog udara. Pokretanje prve dvije pumpe obavlja se s potpuno otvorenim ukrcajnim ventilom, kako bi se dio LNG–a vratio natrag u tank, dok se ne uspostavi ravnoteža tlakova u cjevovodu.

Pumpa se pokreće pritiskom dugmeta na kontrolnoj konzoli, čime se aktivira elektromagnetski relej, koji zatvara strujni krug i omogućuje napajanje elektromotora pumpe. Ukoliko je pumpa uspješno pokrenuta, potrebno je polako otvoriti tlačni ventil, a zatvoriti ukrcajni ventil tanka (slika 3), kako bi se teretni cjevovod polako naplavio LNG–om. Preporučljivo je prvo pokrenuti jednu pumpu u tanku broj 1, a potom i jednu pumpu u posljednjem tanku po krmi. Ovim redoslijedom pokretanja, ostvaruje se potpuno naplavljivanje cjevovoda LNG–om, što bitno smanjuje opasnost od hidrauličkog udara.

Tokom iskrcaja tereta, otvaranjem tlačnog ventila potrebno je rad pumpe podesiti na optimalan kapacitet. Ukoliko terminal nije u stanju prihvatiti pun kapacitet svih brodskih pumpi, bolje je iskrcaj obaviti s manjim brojem pumpi pri punom kapacitetu, nego svim pumpama pri smanjenom kapacitetu. Pošto se teretne pumpe hlade i podmazuju LNG–om koji protiče kroz njih, smanjen kapacitet pumpe umanjuje podmazivanje i hlaĎenje ležaja, što smanjuje životni vijek pumpe i dugoročno može dovesti do ozbiljnih oštećenja.

Nakon pokretanja svih teretnih pumpi, potrebno je od terminala zatražiti povrat pare tereta (vapour return), kako bi se tlak u tankovima održavao u sigurnim granicama. Terminal pokreće kompresor (Return Gas Blower – RGB) koji vraća dio pare tereta na brod, čime se nadomješta teret iskrcan iz tankova.

Važna karakteristika centrifugalnih pumpi je da one ne stvaraju vakuum na svom usisu, kao primjerice, stapne pumpe, već samo dižu tekućinu iznad sebe. Kako bi pumpa ispravno radila, potrebno je nekako dovesti tekućinu na njen usis.

Page 24: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

24

To se najlakše postiže postavljanjem pumpe na najnižu točku u tanku, gdje je sama težina tekućine dostatna za napajanje pumpe. Pod utjecajem vlastite težine tekućina ulazi u pumpu aksijalno i prolazi kroz impeler koji joj predaje dio svoje kinetičke energije. Pod utjecajem centrifugalne sile zbog vrtnje impelera, tekućina pri velikoj brzini radijalno izlazi iz impelera i ulazi u prostor izmeĎu kućišta pumpe i elektromotora (slika 16). Oblik kućišta je takav da kinetičku energiju tekućine pretvara u tlačnu energiju i usmjerava ju ka tlačnom cjevovodu.

Kako bi centrifugalna pumpa mogla ostvariti odreĎen kapacitet, iznad svog usisa treba imati stupac tekućine odreĎene visine. Težina stupca mora biti dovoljna kako bi svladala otpor trenja usisnog cjevovoda i visinsku razliku izmeĎu dna tanka i usisa pumpe. Ukoliko stupac tekućine na usisu pumpe nije dostatne visine kako bi podržao trenutačan kapacitet pumpe, tlak na usisu počinje opadati i ponekad pada ispod atmosferskog. Ukoliko se rukuje tekućinama pri temperaturi blizu atmosferskog vrelišta, kao što je LNG, moguća je pojava isparavanja LNG–a na usisu pumpe i javljanje kavitacije. Centrifugalne pumpe ne mogu rukovati s mješavinama tekućine i plina, pa pojava mjehurića pare prekida protok, a može čak izazvati i potpun prekid rada pumpe. Kavitacija se u kontrolnoj prostoriji iskazuje naglim promjenama jakosti struje i tlaka na tlačnoj strani pumpe, kao posljedicama neujednačenog kapaciteta. U tom slučaju, potrebno je smanjiti kapacitet i stabilizirati pumpu prigušivanjem tlačnog ventila. Pojava kavitacije iznimno je značajna za posušivanje tankova, kada je potrebno upravljati pumpama pri malim visinama tekućine iznad usisa.

Odnos minimalnog stupca tekućine na usisu (Net Positive Suction Head – NPSH) i kapaciteta pumpe može se odrediti iz dijagrama na slici 17. Ovaj dijagram zove se Karakteristika pumpe i prikazuje odnos visina stupaca tekućine na usisnoj i tlačnoj strani s kapacitetom pumpe. U dijagramu se koristi izraz visina stupca tekućine (head) umjesto izraza tlak, zbog toga što sam tlak ovisi i o gustoći tekućine. Stupac vode visine 10m izazvat će tlak od 1 bara na podlogu, dok će stupac tekućeg metana visine 10m i gustoće 425kg/m3 izazvati tlak od 0,417 bara. Prema tome, pumpa kapaciteta 900m3/h imat će pri rukovanju LNG–om s terminala Bontang (tablica 1) na tlačnoj strani tlak od 5,34 bara. Ukoliko se rukuje teretom manje gustoće, kao što je LNG s terminala Point Fortin (tablica 1), tlak će biti 5,09 bara, iako je kapacitet pumpe u oba slučaja potpuno jednak.

Na dijagramu karakteristike pumpe vidljivo je da je, za podržavanje punog kapaciteta pumpe od 900m3/h, potrebna razina tereta od najmanje 1.5m iznad usisa. Vidljivo je i da, ako se kapacitet smanji za 50%, dakle na 450m3/h, treba samo 0,2m tekućine iznad usisa za podržavanje rada pumpe.

Iskrcaj tereta napreduje maksimalnom brzinom do razine od otprilike 2,0m, kada je, prigušivanjem tlačnog ventila, potrebno polako smanjiti kapacitet pumpi na 85 do 90%. Kada se razina tereta spusti ispod 1,5m, potrebno je zaustaviti jednu od pumpi u tanku.

Page 25: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

25

Razina od 1.5m, zbog geometrije sfernog tanka, odgovara volumenu tereta od 120 do 140m3. Teretna pumpa zaustavlja se na način da se tlačni ventil postupno potpuno zatvori, a tek onda pritisne dugme za zaustavljanje, koje preko elektromagnetskog releja, prekida strujni krug i napajanje elektromotora pumpe.

Slika 17 – Karakteristika pumpe

Page 26: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

26

Zaustavljanje pumpe s otvorenim ventilom izaziva nagle promjene strujanja u cjevovodu i može izazvati naglo zatvaranje i oštećivanje nepovratnog ventila. Preostala količina tereta iskrcaje se jednom teretnom pumpom i to s prigušenim tlačnim ventilom, kako bi se namjerno smanjio kapacitet pumpe i zahtjev za minimalnom visinom tereta iznad usisa (NPSH, slika 17). Rad pumpe pri malom kapacitetu na nekoliko minuta neće izazvati značajan pad podmazivanja i zagrijavanje ležaja. Ukoliko se tokom posušivanja pumpa sama zaustavi zbog gubitka protoka zbog kavitacije sigurnije je prije ponovnog pokušaja pokretanja pumpe otvoriti ukrcajni ventil i nadopuniti tank do razine od 1,2 do 1,3m. Posušivanje tada treba pokušati manjim kapacitetom pumpe. Čim pumpa potpuno izgubi usis zbog niske razine tereta u tanku, potrebno je zatvoriti tlačni ventil i zaustaviti pumpu. Gubitak usisa iskazuje se padom jakosti struje na minimum, zbog minimalnog rada koji pumpa obavlja. Ovim načinom posušivanja moguće je u praksi posušiti tankove do razine od otprilike 0,20 do 0,30m, što zbog geometrije sfernog tanka, odgovara volumenu LNG–a od 2 do 4m3.

Nakon završetka posušivanja tankova i zaustavljanja posljednje pumpe, unutar brodskog cjevovoda još se uvijek nalazi 30 do 40 m3 LNG–a. Poželjno je i tu količinu tereta iskrcati na terminal, kako LNG zaostao u cijevima ne bi ometao nastavak operacija pripreme za dokovanje. Najjednostavniji način pražnjenja cjevovoda je puštanje dušika pod tlakom u brodski cjevovod. Dušik pod tlakom gura zaostali LNG do brodskog kolektora, a potom i u obalni cjevovod. Ukoliko konstrukcija teretnog sustava ne dopušta spajanje brodskog cjevovoda dušika na LNG cjevovod, zaostali teret se može izbaciti na način da terminal pusti vlastiti dušik pod tlakom u svoj pramčani cjevovod. Na ovaj način zaostali LNG iz brodskog cjevovoda izbacuje se kroz krmeni obalni cjevovod prema terminalu. Nakon što je maksimalna količina tereta iskrcana s broda, moguće je početi pripreme za operaciju zagrijavanja teretnih tankova.

Page 27: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

27

3.3. BRODSKA KOMPRESORSKA STANICA

Postrojenje za dobavu plina kotlovima LNG tankera sastavni je dio opreme teretnog sustava, čime podliježe pravilima IGC koda. Prema tim pravilima, sva oprema i cjevovodi koji sadrže prirodni plin, moraju se nalaziti iznad glavne palube. Postrojenje za dobavu plina tako se nalazi u posebnoj kompresorskoj stanici u blizini sredine broda, unutar koje se nalaze kompresori, zagrijači i isparivač, potrebni za nesmetan rad teretnog sustava. Kompresorska stanica, u pogledu ventilacije i zaštite od požara, spada u najstrožu kategoriju, gdje je dozvoljena samo posebno konstruirana i odobrena oprema.

3.3.1. Kompresori za dobavu plina kotlovima

Danas na LNG tankerima postoje dvije osnovne vrste centrifugalnih kompresora za rukovanje parama tereta. To su kompresori visoke dobave i kompresori niske dobave. Iako su konstrukcijski veoma slični, kompresori visoke dobave koriste se isključivo za održavanje tlaka u tankovima za vrijeme ukrcaja. Prilikom ukrcaja hladnog LNG–a u relativno toplije tankove, dolazi do stvaranja velike količine isparenog plina. Sukladno tome, parni kompresori visoke dobave imaju kapacitet od 17000m3 na sat, dok moderni električni kompresori na velikim LNG tankerima klase Q–Flex imaju kapacitet od čak 38000m3 na sat. Kompresori niske dobave primarno se koriste za održavanje tlaka u takovima za vrijeme putovanja i opskrbu kotlova plinom, iako se, paralelno s kompresorima visoke dobave, mogu koristiti i za vrijeme ukrcaja. Ovisno o veličini broda, kapacitet kompresora niske dobave kreće se od 4500 do 9500m3 na sat.

3.3.1.1. Parni kompresori niske dobave

Centrifugalni parni kompresori niske dobave ugraĎivani su na većinu starijih LNG tankera, kakvi još uvijek čine oko 25–30% svjetske flote. Pogon kompresora ostvaren je preko jednostupne impulsne parne turbine, koja je s kompresorom povezana čvrstom osovinom bez reduktora okretaja. Parna turbina kompresora pogoni se nisko pregrijanom parom stanja 27 bara i 300ºC. Sam kompresor sastoji se od kućišta i impelera jednostrukog usisa. Prilikom rada, prirodni plin sa usisne strane kompresora aksijalno ulazi u impeler i izlazi radijalno, pri čemu dolazi do pretvorbe mehaničkog rada kompresora u kinetičku energiju plina. Posebno oblikovanim kućištem kompresora, kinetička energija pretvara se u energiju tlaka prirodnog plina na izlazu kroz tlačnu stranu kompresora.

Kompresori imaju vlastiti sustav podmazivanja, koji se sastoji od pumpe ulja pokretane zasebnom malom parnom turbinom (slika 18). Pumpa ulja opskrbljuje ležajeve kompresora i njegove turbine uljem za podmazivanje, pod tlakom od 1,8 do 2,5 bara i temperaturi od 20 do 50ºC, koja se održava hlaĎenjem morskom vodom preko posebnog regulacijskog ventila. Senzori tlaka ulja pneumatski su povezani sa sustavom upravljanja kompresora.

Page 28: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

28

Ukoliko se tlak ulja za podmazivanje snizi ispod 1,2 bara, sustav automatskog upravljanja zatvara glavni ventil pare i zaustavlja kompresor, kako ne bi došlo do pregrijavanja i oštećenja ležajeva.

Slika 18 – Shematski prikaz parnog kompresora niske dobave

Prolaz osovine kompresora kroz kućište izveden je kao labirintska brtvenica, što omogućuje gotovo nepropusno prianjanje osovine i kućišta. MeĎutim, kako bi se ipak spriječila opasnost od curenja prirodnog plina izvan kompresora i miješanje hladnog prirodnog plina i ulja za podmazivanje, labirintska brtvenica drži se pod tlakom dušika od oko 1,0 do 1,2 bara (slika 18). Senzor tlaka dušika pneumatski je takoĎer povezan sa sustavom upravljanja kompresora. Ukoliko labirintska brtvenica izgubi napajanje dušikom, kompresor se zaustavlja, kako ne bi došlo do curenja prirodnog plina u unutrašnjost kompresorske stanice.

Page 29: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

29

Kompresorom se može upravljati lokalno i iz prostorije za kontrolu tereta, preko pneumatskog sustava upravljanja. Postavljanjem željene brzine na upravljačkoj konzoli, šalje se signal pneumatskom ventilu parne turbine, koji regulira protok pare kroz turbinu. Otvaranjem pneumatskog ventila pušta se veća količina pare u turbinu i povećava brzina vrtnje, dok se prigušivanjem smanjuje dotok pare i brzina vrtnje turbine. Sustav automatskog upravljanja samostalno regulira dotok pare u turbinu tokom rada, održavajući željenu brzinu vrtnje ili tlak u cjevovodu, ovisno o postavljenom načelu rada.

Kompresor niske dobave zaštićen je recirkulacijskim ventilom (slika 18), čija je zadaća održavati kapacitet kompresora unutar sigurnih granica. Ukoliko doĎe do pada protoka plina kroz kompresor iz bilo kojeg razloga, može doći do pregrijavanja kompresora i opasnih vibracija, koje mogu oštetiti ležaje i labirintske brtve. Sustav upravljanja recirkulacijskim ventilom radi na načelu proračuna protoka i mjerenja razlike tlaka na usisnoj i tlačnoj strani (slika 18), pomoću kojih računa kapacitet kompresora. Ukoliko protok plina padne ispod minimuma, sustav upravljanja generira pneumatski signal koji otvara recirkulacijski ventil i stabilizira rad kompresora.

Kompresor niske dobave može raditi na tri načela. Može održavati konstantan tlak u tankovima tereta, konstantan tlak na tlačnoj strani ili održavati konstantnu brzinu vrtnje. Na starijim LNG tankerima, za vrijeme navigacije, uglavnom se koristi načelo održavanje konstantnog tlaka u tlačnom cjevovodu prema strojarnici, kada je potrebna stabilna proizvodnja pare. Sustav kontrole kompresora u potpunosti je automatiziran, pa je ovisno o potrebi za propulzijom, potrebno samo postaviti željeni tlak koji kompresor dalje održava. Tlak se regulira prigušivanjem glavnog ventila pare, čime se regulira brzina vrtnje turbine i kompresora, što za posljedicu ima promjenu kapaciteta tj. tlaka u cjevovodu.

Na novijim LNG tankerima, koji imaju suvremeni sustav automatskog upravljanja kotlovima, uglavnom se koristi načelo održavanja konstantnog tlaka u tankovima. Sa stajališta rukovanja teretom ovo načelo je poželjnije, pošto se tlak u tankovima može držati na željenoj razini. U tom slučaju, kapacitet kompresora se mijenja ovisno o promjenama temperature i valjanu broda, pa se proizvodnja pare i brzina broda reguliraju preko tlaka goriva na sapnicama kotlova. MeĎutim, u slučaju intenzivnog valjanja i vibracija broda, promjene tlaka u tankovima su tako skokovite, da ih sustav upravljanja kompresorom ne može pratiti. U tom slučaju se koristi načelo održavanja tlaka prema strojarnici, kako bi se izbjegle nagle promjene brzine kompresora i tlaka goriva na sapnicama kotla.

Načelo održavanja konstantne brzine uglavnom se koristi samo na brodovima na kojima se kompresor niske dobave koristi za vrijeme ukrcaja, zajedno s kompresorom visoke dobave. Ovo načelo rada je zgodno, pošto je podizanjem brzine lakše moguće postići maksimalan kapacitet kompresora.

Page 30: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

30

3.3.1.2. Električni kompresori niske dobave

Na nove LNG tankere već se nekoliko godina isključivo ugraĎuju električni kompresori niske dobave (slika 19). Osnovna prednost električnih kompresora je jednostavnija konstrukcija pogonskog sustava i jednostavnije pokretanje i održavanje. Pogon električnog kompresora niske dobave ostvaren je preko trofaznog elektromotora snage 280 kW koji se napaja izmjeničnom strujom napona 440V iz brodske visokonaponske mreže. Elektromotor je povezan s kompresorom preko sustava zupčanika, koji brzinu rotacije elektromotora od 3560 okretaja u minuti podižu na 24000 okretaja kompresora u minuti. Za razliku od parnog kompresora, elektromotori za pogonu električnih kompresora nalaze se u zasebnoj prostoriji, kako bi se smanjila opasnost od požara u kompresorskoj stanici. Osovina elektromotora prolazi u tom slučaju kroz nepropusnu brtvenicu na pregradi izmeĎu kompresorske stanice i prostorije elektromotora.

Slika 19 – Shematski prikaz električnog kompresora niske dobave

Page 31: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

31

Kapacitet električnog kompresora kontrolira se zakretanjem krilaca na usisnoj strani kompresora i promjenom brzine vrtnje pogonskog elektromotora (slika 19). Nakon pokretanja kompresora, kapacitet se prvo povećava otvaranjem usisnih krilaca preko pneumatskog cilindra. Otvaranjem krilaca, omogućava se usis veće količine plina iz teretnih tankova. Kada su krilca u potpuno otvorenom položaju, promjenom napona na elektromotoru moguće je mijenjati brzinu vrtnje kompresora od 12000 do 24000 okretaja u minuti.

Električni kompresori imaju i dvije zasebne pumpe ulja. Pomoćna pumpa ulja pokreće se vlastitim elektromotorom, a služi za opskrbu kompresora uljem prilikom pokretanja. Glavna pumpa ulja pokreće se elektromotorom kompresora preko sustava zupčanika, pomoću kojih uvijek radi zajedno sa samim kompresorom. Pumpe opskrbljuju sve ležaje elektromotora i kompresora, kao i zupčanike uljem za podmazivanje, pod stabilnim tlakom i temperaturom (slika 19). Miješanje hladnog prirodnog plina i ulja sa ležajeva kompresora, onemogućeno je dušikom, koji se pod povišenim tlakom pušta u brtvenicu kompresora.

Električni kompresori takoĎer su zaštićeni su od niskog protoka recirkulacijskim ventilom, koji radi na istom načelu kao i kod parnog kompresora.

Na modernim LNG tankerima, rad kompresora niske dobave kontrolira se nakon pokretanja isključivo iz strojarnice. Pomoću sustava automatskog upravljanja kotlovima, koji kontrolira i rad kompresora, moguće je postaviti tlak u tankovima tereta koji kompresor dalje sam kontrolira. Pošto su električni kompresori puno fleksibilniji i većeg kapaciteta od parnih kompresora, moguće je održavanje stabilnog tlaka u tankovima čak i prilikom valjanja i visokih vibracija broda. Proizvodnja pare u kotlovima LNG tankera sa električnim kompresorima regulira se preko tlaka teškog goriva na sapnicama, a ovisno o raspoloživoj količini prirodnog plina.

Page 32: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

32

3.3.2. Zagrijači plina

Pošto je temperatura prirodnog plina na izlazu iz kompresora niske dobave od –130 do –135ºC, plin je prije izgaranja u kotlovima potrebno ugrijati. Za zagrijavanje plina prije izgaranja u kotlovima koriste se posebni parni zagrijači, koji čine sastavni dio postrojenja za opskrbu plinom. Zagrijači plina su izmjenjivači topline, koji za zagrijavanje prirodnog plina koriste poseban podsustav nisko pregrijane pare iz brodskih kotlova, pri tlaku od 6 do 13 bara i temperaturi od oko 190ºC. Osim za svakodnevno zagrijavanje plina za izgaranje u kotlovima, zagrijači se još koriste i za zagrijavanje teretnog sustava prije odlaska broda na dokovanje.

Slika 20 – Zagrijač plina

Page 33: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

33

Zagrijači se sastoje od kućišta, unutar kojeg se nalazi 75 cjevčica od nehrĎajućeg čelika, promjera 25mm, kroz koje struji prirodni plin (slika 20). Kućište zagrijača nalazi se pod tlakom pare, čija se toplinska energija preko cjevčica prenosi na prirodni plin. Ukupna ogrjevna površina svih cjevčica iznosi 18,1m2. Ukupan kapacitet klasičnog zagrijača na LNG tankeru sa parnim kompresorima je oko 7000kg plina na sat, a maksimalan prijenos topline oko 2700MJ/h, što odgovara energetskoj vrijednosti izgaranja oko 65kg teškog goriva.

Na moderne LNG tankere s električnim kompresorima ugraĎuju se i zagrijači plina nešto većeg kapaciteta. Maksimalni kapacitet zagrijača plina na modernom LNG tankeru membranske izvedbe je 17570kg plina na sat, uz maksimalnu temperaturu na izlazu uz zagrijača od 80ºC. Veliki LNG tankeri klase Q–Flex zapremine teretnog sustava od 210 000m2 imaju i velike zagrijače kapaciteta 42300kg plina na sat.

Željena temperatura automatski se održava pneumatskim sustavom automatskog upravljanja, koji upravlja ventilom premosnice (slika 20). Sustav automatskog upravljanja usporeĎuje signal pneumatskog senzora temperature plina na izlazu iz zagrijača s postavljenom vrijednošću. U slučaju odstupanja, sustav automatskog upravljanja šalje pneumatski signal prema ventilu premosnice. Premosnicom se dio hladnog plina pri temperaturi od –135ºC s ulaza u zagrijač, miješa s toplim plinom na izlazu iz zagrijača. Mijenjanjem protoka kroz premosnicu regulira se i miješanje toplog i hladnog plina, čime se postiže željena temperatura plina na izlazu iz zagrijača. Za opskrbu brodskih kotlova prirodnim plinom, temperatura na izlazu iz zagrijača postavlja se na 40 do 50ºC, dok se za operaciju zagrijavanja teretnog sustava postavlja temperatura od 80 do 85ºC.

Kondenzirana para iz zagrijača odvodi se preko zaustavljača pare sustavom cjevovoda u strojarnicu, za daljnju proizvodnju pare (slika 20). Unutar spremnika za prikupljanje kondenzata nalazi se plovak povezan s alarmnim sustavom. Naime, ukoliko doĎe do začepljenja sustava za odvod kondenzata, plovak aktivira alarm i zaustavlja dovod pare u zagrijač. Akumulacija vode u zagrijaču dovela bi do blokiranja ulaza pare i prestanka zagrijavanja prirodnog plina. U kontaktu s hladnim parama prirodnog plina, došlo bi do zaleĎivanja nakupljene vode, što može dovesti do pucanja kućišta zagrijača.

Operacija zagrijavanja teretnog sustava provodi se na način da kompresori velike dobave usisavaju hladni prirodni plin s dna tankova, preko ukrcajnog LNG cjevovoda. Posebno za ovu operaciju, potrebno je povezati ukrcajni cjevovod s usisom kompresora, preko posebnog prijenosnog komada cijevi ili zaklopke, ovisno o konstrukciji broda (slika 21). Tokom normalnih operacija s teretom ukrcajni cjevovod i usis kompresora odijeljeni su slijepim zaklopkama, kako zbog propuštanja ventila ne bi došlo do curenja LNG–a u kompresorsku stanicu. Kompresori su dizajnirani za rukovanje plinom, pa bi curenje LNG–a u kućište kompresora dovelo do teških oštećenja labirintskih brtava i ležaja kompresora.

Page 34: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

34

3.3.3. Isparivač plina

Slika 21 – Zagrijavanje teretnog sustava

Page 35: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

35

Nakon usisavanja s dna tankova, kompresori tlače hladni prirodni plin kroz zagrijače (slika 20), koji temperaturu prirodnog plina podižu na 85ºC. Topao prirodni plin, nakon prolaska kroz zagrijače, šalje se kroz cjevovod pare tereta na vrh svakog tanka (slika 21). Prilikom operacije zagrijavanja potrebno je voditi računa da temperatura plina na izlazu iz zagrijača ne prijeĎe 93ºC, pošto visoke temperature plina mogu oštetiti izolaciju teretnih tankova i cjevovoda.

Za vrijeme operacije, zagrijavanjem atmosfere u tankovima, dolazi do porasta tlaka. Višak prirodnog plina iz tankova šalje se preko zagrijača u strojarnicu za loženje kotlova. Preporučava se održavanje tlaka u tankovima u granicama od 50 do 150 milibara, kako bi se izbjegla opasnost od otvaranja sigurnosnih ventila i ispuštanja zapaljivog prirodnog plina u atmosferu. Višak prirodnog plina može se ispuštati i u atmosferu, ukoliko učestalo paljenje i gašenje loženja kotlova plinom nije poželjno. U tom slučaju, potrebno je kurs broda podesiti bočno uz vjetar, kako bi se zapaljivi prirodni plin sigurno raspršio iznad palube.

Operacija zagrijavanja traje sve dok prosječna temperatura oplate svih tankova nije iznad 0ºC. Tada se sa sigurnošću može utvrditi da su ispareni svi ostaci LNG–a i njegovih primjesa, te da je sigurno započeti inertiranje teretnog sustava. Viša temperatura u tankovima omogućava i veću razliku izmeĎu gustoća inertnog i prirodnog plina. Veća razlika u gustoći pospješuje daljinu operaciju inertiranja, jer ne dolazi do miješanja atmosfere u tanku.

Trajanje operacije zagrijavanja značajno ovisi o konstrukciji cjevovoda u tanku. Neki brodovi graĎeni su sa završetkom ukrcajnog cjevovoda postavljenim 0.5m iznad dna tanka, što omogućava vrlo dobru cirkulaciju atmosfere. Ukrcajni cjevovod nekih drugih brodova završava na čak 1,5m iznad dna tanka. Kod takvih brodova često se akumulira mala količina etana i propana na samom dnu tanka, koju je jako teško ispariti. Ovisno o konstrukciji teretnog sustava i kapacitetu zagrijača, operacija zagrijavanja traje od 48 do čak 72 sata.

Page 36: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

36

3.3.3. Isparivač plina

Unutar kompresorske stanice nalazi se još i isparivač (slika 22). Njegova zadaća je prisilno isparavanje LNG–a, čime se stvara GNG, u slučaju da iskrcajni terminal ne može osigurati povrat plina za vrijeme iskrcaja. Isparivač, koji se rijetko koristi, uglavnom u slučaju nužde, takoĎer je izmjenjivač topline. U njemu se LNG grije toplom parom i isparava. Kinetička energija dobivena prisilnim isparavanjem LNG–a u isparivaču dostatna je za dobavu GNG–a do spremnika. Rad isparivača takoĎer je u potpunosti automatiziran. Prigušivanjem dobavnog ventila kontrolira se količina LNG–a koja isparava, a samim time i tlak u isparivaču, što omogućava regulaciju tlaka u spremnicima za vrijeme rada.

Slika 22 – Isparivač plina S.S.‘’LNG Capricorn’’

Page 37: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

37

3.4. INERTIRANJE TERETNOG SUSTAVA

Kako bi se izbjegla opasnost od požara i eksplozije na LNG tankerima, atmosfera teretnih tankova ni u kojem trenutku ne smije sadržavati eksplozivnu smjesu prirodnog plina i kisika. Odnos metana, kisika i inertnog plina prikazan je na slici 23. Os apscisa predstavlja smjesu inertnog plina i metana, bez prisutnosti kisika, a os ordinata smjesu kisika i inertnog plina, bez prisutnosti metana. Krajnja točka osi ordinata C, s koncentracijom kisika od 20,9% i bez prisutnosti metana, predstavlja običan zrak. Svaka točka na dijagramu predstavlja odreĎenu koncentraciju metana, kisika i inertnog plina, izraženu u postocima volumena. Primjerice, točka X predstavlja smjesu od 4% kisika, 10% metana i 86% inertnog plina (ostatak). Važno je napomenuti da je potrebna minimalna koncentracija kisika od 12,2%, u bilo kojoj smjesi, da bi proces izgaranja uopće bio moguć.

Nakon operacije zagrijavanja, u teretnim tankovima nalazi se plinovita smjesa metana i ostalih plinova iz tablice 1, koju približno predstavlja točka B (slika 23), no zbog nedostatka kisika i koncentracije metana iznad gornje granice eksplozivnosti, proces izgaranja nije moguć. Ukoliko bi se u tom trenutku u tankove počeo upuhivati čisti zrak, sastav atmosfere mijenjao bi se po dužini

BC , i u trenutku kad bi se koncentracija metana spustila ispod 14,0% volumena (gornja granica eksplozivnosti), svaki izvor plamena u tanku izazvao bi eksploziju katastrofalnih razmjera. Površina prikazana trokutom ΔDEF prikazuje zapaljive smjese metana i kisika, i ukoliko sastav atmosfere odgovara bilo kojoj točki iz tog trokuta, postoji opasnost od eksplozije.

Kako bi osigurali da se, za vrijeme prozračivanja teretnih tankova, atmosfera ni u jednom trenutku ne naĎe u zapaljivoj zoni ΔDEF, potrebno je inertiranjem sniziti koncentraciju metana u tanku. Inertiranjem se u tankove postupno upuhuje inertni plin, koji sadrži oko 0,5% kisika, pri čemu se koncentracija metana

smanjuje po dužini HB (slika 23). U trenutku kada koncentracija metana u atmosferi tanka padne ispod 14% (točka H), moguće je započeti prozračivanje upuhivanjem čistog zraka. Do trenutka kada koncentracija kisika u atmosferi tanka dosegne 13% volumena, koncentracija metana već će biti ispod donje

granice eksplozivnosti i dužina HC , koja prikazuje sastav atmosfere za vrijeme

prozračivanja, samo će tangirati opasno područje. Dužina GC predstavlja kritične smjese metana i kisika, jer sve smjese, koje se nalaze lijevo od nje, nisu sposobne za proces izgaranja.

Page 38: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

38

Slika 23 – Dijagram eksplozivnosti

Dakle, teoretski bi bilo nužno inertiranjem smanjiti koncentraciju metana u tanku samo ispod gornje granice eksplozivnosti, prije operacije prozračivanja. MeĎutim, može se dogoditi da miješanje inertnog plina i metana nije homogeno unutar cijelog tanka. Uvijek postoji opasnost od akumulacije metana ispod pregrada i unutar slijepih prostora u tanku, pa se inertiranje u praksi nastavlja sve dok se koncentracija metana u tanku ne spusti ispod 2% volumena. Tada sa sigurnošću možemo ustvrditi da je potpuno sigurno započeti upuhivanje zraka u tankove, bez opasnosti od stvaranja eksplozivne smjese.

Za razliku od ostalih brodova koji za inertiranje tankova koriste ispušne plinove iz brodskih kotlova, inertni plin na LNG tankerima proizvodi posebno konstruirano postrojenje. Postrojenje za proizvodnju inertnog plina (Inert Gas plant, IG plant) proizvodi inertni plin kontroliranim izgaranjem lakog dizelskog goriva s malim postotkom sumpora.

Page 39: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

39

Kapacitet klasičnog postrojenja na LNG tankeru Moss-Rosenbergove izvedbe je oko 5000m3/h, uz potrošnju od 400kg dizel goriva na sat. Specifična priroda LNG–a i brodova za njegov prijevoz, zahtijevaju inertni plin posebne čistoće, bez vlage i primjesa sumporovih i dušikovih spojeva, koji u dodiru s vodom mogu stvoriti korozivne spojeve. Sastav inertnog plina, proizvedenog u posebnom postrojenju LNG tankera, prikazan je u tablici 3.

Tablica 3 – Sastav inertnog plina LNG tankera

Načelo rada postrojenja za proizvodnju inertnog plina prikazano je na slici 14. Pumpa dizel goriva opskrbljuje postrojenje gorivom pri konstantnom tlaku od 10 bara, koji se održava regulacijskim ventilom. Izgaranje smjese lakog dizel goriva i zraka odvija se u posebnom ložištu, zaštićenom duplom oplatom i vodenom košuljicom. Sustav za upravljanje postrojenjem nadzire koncentraciju kisika u proizvedenom plinu, i u slučaju odstupanja od dopuštene vrijednosti od 0,5 do 1,0% volumena, prigušuje recirkulacijski ventil kompresora zraka. Recirkulacijski ventil kontrolira protok zraka prema ložištu, čime se regulira sastav smjese zraka i goriva, a samim time i proces izgaranja. Bitno je tokom proizvodnje koncentraciju kisika držati iznad 0,5% volumena, jer u slučaju nižeg postotka kisika, dolazi do nepotpunog izgaranja i proizvodnje značajne količine čaĎe i ugljik monoksida.

Nakon izgaranja u ložištu, inertni plin prolazi kroz pročistač, gdje prolazi proces pročišćavanja i hlaĎenja u kontaktu sa suprotnim mlazom morske vode (slika 24). Morsku vodu za pročistač i vodenu košuljicu ložišta dobavlja posebna pumpa kapaciteta oko 1000m3/h pri tlaku od 2 bara ili čak jedna od balastnih pumpi, ovisno o konstrukciji broda. Prolaskom kroz pročistač, inertni se plin hladi

na temperaturu od otprilike 3C iznad temperature morske vode i oslobaĎa većine korozivnog sumporovog oksida (SO2). MeĎutim, nakon izlaska iz pročistača, inertni plin je skoro 100% zasićen vodenom parom i sadrži veliku količinu vodenih kapljica, koje su nepoželjne u teretnom sustavu. Prolaskom kroz separator, iz inertnog se plina odvajaju slobodne kapljice vode.

Sušenje inertnog plina i daljnje odvajanje vlage odvija se u dva stupnja. U prvom stupnju inertni plin prolazi kroz hladnjak, gdje u dodiru s rashladnim freonom R417A, dolazi do hlaĎenja i zasićenja inertnog plina vodenom parom.

Kemijski element

Oznaka elementa

Udio/% Kemijski element

Oznaka elementa

Udio/ppm

Dušik N2 85,0 Ugljik monoksid CO 100

Ugljik dioksid CO2 14,0 – 14,5 Dušikovi oksidi NOX 65

Kisik O2 0,5 – 1,0 Sumporovi oksidi SOX 2

Temperatura rosišta –45ºC Količina čaĎe po ljestvici

Bacharacha, 0 do 9 0

Page 40: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

40

Vodena se para kondenzira na rashladnim cijevima hladnjaka i odvodi izvan broda posebnim cjevovodom. Inertni plin na izlasku iz hladnjaka ima temperaturu

rosišta od oko 5C. Drugi stupanj sušenja sastoji se od adsorbera napunjenog aluminom i silica gelom. Alumina i silica gel su higroskopni materijali, koji za sebe vežu vlagu iz inertnog plina, koji struji kroz adsorber (slika 24). Adsorber se sastoji od dvije jedinice kojima rukuje sustav automatskog upravljanja. Dok jedna jedinica suši inertni plin, druga se regenerira prolaskom vrućeg zraka pri

temperaturi od 180 do 190C, koji za sebe ponovo veže vlagu iz alumine i silica gela, i time suši adsorber. Adsorber samostalno radi u ciklusima od 4 do 5 sati i

postiže temperaturu rosišta inertnog plina od –45C.

Slika 24 – Shematski prikaz postrojenja za proizvodnju inertnog plina

Page 41: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

41

Kompresor inertnog plina tlači inertni plin prema teretnom sustavu, pri tlaku od oko 0,3 bara. Prije ulaska u sami teretni sustav, paramagnetski analizator provjerava postotak kisika u inertnom plinu. Ukoliko je postotak kisika izvan dozvoljenih granica, sustav automatskog upravljanja zatvara dobavu inertnog plina na palubu i ispušta defektni inertni plin u atmosferu (slika 24). Djelovanjem na recirkulacijski ventil kompresora zraka, sustav automatskog upravljanja poboljšava proces izgaranja i proizvodi inertni plin željene kvalitete.

Na palubi se nalaze filtri inertnog plina, koji se sastoje od fine mrežice sa 60 do 80 otvora po inču dužine (mash 60, 80). Zadaća filtra je spriječiti ulazak krutih primjesa inertnog plina u unutrašnjost teretnog sustava. Krute primjese uglavnom potječu od komadića hrĎe iz unutrašnjosti cjevovoda i smrvljene alumine i silica gela iz adsorbera. Indikatori tlaka na ulazu i izlazu iz filtra koriste se za provjeru protoka i prohodnosti filtra (slika 24).

Nakon procesa proizvodnje i pročišćavanja, inertni plin pri temperaturi od 20

do 40C ulazi u teretni sustav. Pošto je inertni plin dosta teži od para prirodnog plina (koje imaju koeficijent gustoće od 0,55 u odnosu na zrak), za dobar proces inertiranja potrebno je inertni plin upuhivati u dno teretnog tanka. Na taj se način teži inertni plin akumulira na dnu, dok se lakše pare prirodnog plina, preko cjevovoda pare tereta na vrhu tanka, ispuštaju u atmosferu (slika 25). Na ovaj se način operacija inertiranja obavlja metodom istiskivanja (displacement method), uz minimalno miješanje atmosfere.

Tokom operacije inertiranja poželjno je držati što niži tlak u tankovima, kako bi se pospješio kapacitet kompresora inertnog plina. Savjetuje se čak pokrenuti i jedan kompresor velike dobave, kako bi se tlak u tanku držao izmeĎu 15 i 20 milibara. Za vrijeme operacije potrebno je svakih sat vremena mjeriti koncentraciju prirodnog plina u tanku. Za tu svrhu na kupoli tanka postoje cjevčice za uzorke, koje se protežu na različite visine unutar tanka. Pomoću detektora zapaljivog plina (combustible gas meter) provjerava se koncentracija prirodnog plina na različitim visinama u unutrašnjosti tanka. Čim se koncentracija prirodnog plina u tanku spusti ispod 2% volumena, smatra se da je operacija inertiranja uspješno obavljena i da je sigurno započeti prozračivanje teretnih tankova.

Iako inertni i prirodni plin imaju različite gustoće, do odreĎenog miješanja ipak dolazi, pa je za dobro inertiranje potrebna izmjena otprilike dvostrukog volumena teretnih tankova, za što je na LNG tankeru Moss–Rosenbergove izvedbe potrebno otprilike 48 sati.

Page 42: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

42

Tokom operacije inertiranja vrlo je važno u potpunosti osloboditi od zapaljivog prirodnog plina sve elemente teretnog sustava. Na kupoli tanka nalaze se sigurnosni ventili, izvodi sustava za mjerenje razine tereta, spojevi za manometre i sigurnosne ventile (slika 3) koji se nalaze u samom vrhu tanka, iznad usisa cjevovoda pare tereta (slika 25). Kako ne bi došlo do opasne akumulacije manje količine prirodnog plina, svi takvi dijelovi opreme imaju posebne čepiće za propuhivanje. Čim se mjerenjem utvrdi da je u samoj kupoli tanka koncentracija prirodnog plina ispod 2% volumena, sve čepiće, manometre i sigurnosne ventile potrebno je otvoriti i propuhati inertnim plinom iz tanka. Propuhivanje opreme obično traje desetak minuta, pošto se radi o relativno malom volumenu. Čim se mjerenjem utvrdi da iz opreme izlazi inertni plin, čepići i manometri mogu se vratiti na mjesto.

Prije zaustavljanja postrojenja za proizvodnju inertnog plina, potrebno je još inertirati i brodske cjevovode, u kojima se isto tako nalazi zapaljivi prirodni plin. Pošto LNG cjevovod opskrbljuje teretni sustav inertnim plinom, potrebno je samo skinuti slijepe zaklopke i na kratko otvoriti ventile na kolektoru, kako bi se zaostali prirodni plin iz LNG cjevovoda ispustio u atmosferu. Otvaranjem ventila koji na kolektoru spajaju LNG cjevovod i cjevovod za pothlaĎivanje, moguće je propuhati čitav cjevovod za pothlaĎivanje, sve do samih sapnica. Prilikom propuhivanja tlačnog cjevovoda pumpi, treba voditi računa da se tlačni ventil ne otvara preko 25%, kako ne bi došlo do brzog strujanja inertnog plina kroz pumpu. Vrtnja pumpe zbog prolaska suhog inertnog plina može izazvati oštećenje ležaja zbog nedostatka podmazivanja.

Inertiranje cjevovoda pare tereta obavlja se na sličan način. Potrebno je nakratko otvoriti ventile na kolektoru i skinuti slijepe zaklopke. Otvaranjem svih ventila u kompresorskoj stanici obavlja se inertiranje kompresora, zagrijača i isparivača. Inertiranje cjevovoda traje svega 10–tak minuta, pošto ukupni volumen svih brodskih cjevovoda rijetko prelazi 100m3, dok je kapacitet postrojenja za proizvodnju inertnog plina oko 5000m3/h.

Tek nakon što su svi dijelovi opreme: cjevovodi, kompresori i zagrijači inertirani i sadrže manje od 2% volumena prirodnog plina, može se zaustaviti postrojenje za proizvodnju inertnog plina. Brod je tada potpuno inertiran i više se ne smatra brodom za prijevoz opasnih tereta (dangerous cargo vessel). Isto tako moguće je započeti s radovima na palubi i teretnom sustavu, koji uključuju zavarivanje i korištenje alata za rezanje čelika, uz uobičajene mjere sigurnosti.

Page 43: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

43

Slika 25 – Inertiranje teretnih tankova

Page 44: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

44

3.5. SUSTAV ZA NADZOR TERETA

Brodski teret je tijekom transporta izložen vrlo promjenjivim uvjetima okruženja (temperature, tlakovi, vlažnost, plinovi i sl.). Zbog sigurnosti transporta, u ovom slučaju prirodnog ukapljenog plina, kontinuirano se nadziru važni parametri. Sustav za nadzor tereta nalazi se u kontrolnoj prostoriji (CCR – Cargo Control Room) smještenoj obično s desne strane, na sredini broda (Slika27). Unutar kontrolne prostorije vršimo operacije s teretom, balastnim sustavom i sustavom za detekciju plina. Na teretnoj konzoli upravljamo ventilima na daljinsko upravljanje, kontrolama za pokretanje i zaustavljanje teretnih i CTC pumpi te imamo indikatore razine tereta u tanku, tlaka u tanku, tlaka i jakosti struje kroz pumpe. Nadzor tereta na LNG tankeru obavljamo preko posebnog računalnog sustava, koji nam daje uvid u sve parametre vezane za teret, kao npr. razina, temperatura, tlak i gustoća LNG – a u tankovima. Takav računalni sustav (Slika 26) obraĎuje podatke i prikazuje ih na glavnoj teretnoj konzoli. Obrada signala svih senzora vrši se preko kartica smještenih u dolje prikazanom ormariću. Ormarić za anlognu obradu signala podijeljen je na šest polica, od kojih svaka sadrži elektroničke kartice. Prvih pet polica pripada senzorima u svakom pojedinom tanku (pet tankova), dok šesta polica sadrži kartice za obradu signala pomoćnih senzora, kao što su senzor tlaka i temperature cjevovoda te balastnih pumpi. Svaka polica svakog pojedinog tanka sadrži 20 elektronskih kartica.

Slika 26 – Računalo za elektronsku obradu podataka sustava za nadzor tereta

(Simmonds system)

Page 45: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

45

Slika 27 – Glavna konzola kontrolne prostorije

3.5.1. Mjerni pretvornici – senzori

Senzori služe za mjerenje raznih fizikalnih veličina i njihovu pretvorbu u odgovarajuće električne, hidrauličke, pneumatske ili mehaničke veličine koje se koriste u sustavima automatske regulacije, upravljanja, nadzora i zaštite. Mjerni pretvornici odnosno davači, obično su smješteni unutar medija tj. u opasnoj zoni tereta, naravno da su prilagoĎeni sustavu u kojem se nalaze. Senzori koji su prilagoĎeni za ovaj sustav (transport LNG – a) su:

senzor razine tereta

senzor temperature

senzor tlaka

senzor gustoće

Page 46: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

46

Nalaze se unutar tankova tereta i cjevovoda čije parametre mjere. U ovom slučaju senzori dolaze do izravnog kontakta s hladnim LNG–om na temperaturama do –160ºC, stoga je bitno da su svi dijelovi senzora konstruirani od materijala otpornog na ovakve temperature. Osim spomenutog aluminija 5083–O, za konstrukciju senzora koriste se još i nehrĎajuči čelik CrNi sa 18% Kroma i 10% Nikla, Invar sa 36% Nikla, bakar i platina.

3.5.1.1. Mjerni pretvornik razine U industrijskoj proizvodnji značajno mjesto zauzima mjerenje razine vode, tekućeg goriva i ostalih tekućina. U načelu mjerenja se mogu izvršiti upotrebom raznih vrsta pretvornika neelektričnih u električne veličine, kao što su to otpornički, induktivni, kapacitivni i u novije vrijeme radarski pretvornici pomaka koji se vrlo često upotrebljavaju. Na LNG tankerima postoje dvije vrste mjernih pretvornika razine :

Starija izvedba analognog mjernog pretvornika, koji radi na načelu cijevnog promjenjivog kondenzatora – SIMMONDS SYSTEM.

Novija izvedba digitalnog mjernog pretvornika – radarskog, koji radi na načelu odašiljanja i prijema elektromagnetskih valova – SAAB SYSTEM.

MJERNI PRETVORNIK RAZINE – KAPACITIVNI PRETVORNIK Ovaj mjerni pretvornik radi na temelju promjene kapaciteta izmeĎu dviju elektroda, izmeĎu kojih se povećanjem razine tekućine mijenja dielektrična konstanta izolatora. Senzor razine služi za kontinuirano mjerenje razine LNG–a u spremniku. Mjerni pretvornik je konstruiran od dva koncentrična cijevna elementa, koji tvore cijevni kondenzator. Kako se razina tereta u spremniku mijenja, LNG istiskuje GNG iz prostora izmeĎu cijevi kondenzatora. Pošto LNG ima drukčiju dielektričnu konstantu od GNG–a, promjena razine ima za posljedicu promjenu električnog kapaciteta kondenzatora. Kapacitet kondenzatora obraĎuje se preko elektroničkog računala i prikazuje kao razina tereta u spremniku. Cijevi kondenzatora konstruirane su od aluminija, a meĎusobno su izolirane teflonskim umetcima. Senzor se proteže po cijeloj visini spremnika, pričvršćen vijcima za cijevni toranj (Slika 28). Kako bi se osigurala izolacija izmeĎu senzora i oplate spremnika, teflonske brtve postavljene su na svim dodirnim točkama. Na vanjskom cijevnom elementu postoje otvori kako bi razina LNG–a izmeĎu cijevi odgovarala razini tereta u spremniku. Unutar spremnika postoje tri senzora razine. Jedan senzor je glavni i proteže se po čitavoj visini spremnika, dok u dnu i vrhu spremnika postoje još dva zasebna senzora visine 5m, koji služe za precizno računanje razine. Pošto je spremnik LNG tankera uvijek pun ili skoro prazan, ta dva senzora za precizno računanje služe za odreĎivanje razine tereta prilikom početka ili zaključivanja teretnih operacija.

Page 47: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

47

Senzor za precizno računanje omogućava proračun razine tereta sa točnošću od 5mm, dok je točnost glavnog senzora 10mm. Zbog same geometrije sfernog spremnika, pogreška razine od 5mm pri dnu ili vrhu uzrokuje neznatnu grešku u volumenu tereta.

Slika 28 – Raspored senzora razine u tanku

Page 48: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

48

MJERNI PRETVORNIK RAZINE - RADARSKI PRETVORNIK "Saab TankerRadar" mjerni pretvornik razvijen je u Saab Rosemount Pomorskom Institutu, koristeći 25–godišnje znanje i iskustvo. Danas je preko 50% tankera u novogradnji opremljeno s ovakvim mjernim pretvornicima. Već 1976 godine ovakvi senzori su instalirani na 283 broda, od kojih 95% još plovi. Preko 600 sistema je prodano od sljedeće generacije "Saab TankerRadara" izmeĎu 1985–1995. "G3" spada u treću generaciju "Saab TankerRadara" plasiranu na tržište 1996 godine. Dosada je prodano i instalirano preko 1000 sistema ovakvog tipa.

Osim za mjerenje razine tereta u spremniku, možemo ga koristiti i za mjerenje gaza broda, razine goriva, balasta i sl.

"LNG Saab TankRadar G3"; sastoji se od:

- Mjernog pretvornika

(Slika 30) - Level jedinice

- Računala za nadzor tereta

- Ulazno/Izlaznih jedinica

Senzor radi na principu promjene frekvencije izmeĎu odaslanog i reflektiranog signala, što je upravo-proporcijonalno sa praznim djelom tanka (ullage). Mjeri udaljenost od površine medija konstantnim odašiljanjem signala. Reflektirani signal ponovo prima mjerni pretvornik i šalje ga u "Level jedinicu" na obradu, te takav obraĎen signal šalje na računalo za nadzor tereta, pa na ispis (CTM). Mjerni pretvornici imaju tzv. "Electronic Box" koji generira i procesuira radarski signal. LNG senzor razine ovakvog tipa, ima antenu postavljenu u smjerni cjevovod, koji radarski valovi koriste/prate do površine medija (Slika 29). Ostali senzori, bitni za svaki tank, kao temperaturni senzori i senzori tlaka u tanku, spojeni su na poseban priključak unutar kućišta "LNG TankRadar" mjernog pretvornika.

Slika 29 – Princip rada "LNG TankRadar" mjernog pretvornika

Page 49: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

49

Svi "Saab TankRadar" mjerni pretvornici imaju maksimalno sigurnu instalaciju, tako da je gotovo nemoguće da doĎe do bilo kakvog iskrenja. Prednost ovakvih senzora je to što ga je lako održavat, pa i za vrijeme brodskih operacija (nalazi se na samoj kupoli tanka). Level jedinica sadrži priključke za sigurno spajanje senzora, elektroniku za procesuiranje signala senzora, za računanje parametara unutar tanka, kao što su: razina tereta u tanku, temperature, tlak, te sadrži elektroničke sklopove za komunikaciju s računalom za nadzor tereta. Računalo za nadzor tereta daje nam podatke o razini tereta u tanku, temperaturi, tlaku,odnosno sve parametre vezane za ovakve senzore. Računalo kontrolira i alarmiranje gore navedenih parametara, komunicira sa svim sistemima mjernih pretvornika. Računalo za nadzor tereta pokreće programski paket "Real Time Operating System QNX".

Slika 30 – Shematski prikaz "Saab TankRadar LNG Sistema"

Page 50: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

50

3.5.1.2. Mjerni pretvornik temperature

Temperatura je fizikalna veličina kojom se izražava toplinsko stanje tijela i njegova sposobnost prijenosa topline na druga tijela.Mjerenje temperature jedan je od najstarijih načina kontrole toplinskih procesa. Danas je mjerenje temperature potrebno ne samo u industriji i istraživanju nego i u svakodnevnom životu. Praktički sve fizičke, kemijske, i biološke pojave i procesi ovise o temperaturi, pri kojoj se odvijaju. Izvedbe pretvornika temperature raznovrsne su i ovise najviše o mjernim područjima i izvedbama mjernih mjesta. Ovi se pretvornici najčešće nazivaju termometri. Mjerne pretvornike temperature možemo podijeliti na :

- Tekućinski pretvornici temperature

- Mehanički pretvornici temperature ( dilatacijski i bimetalni )

- Tlačni pretvornici temperature

- Električni pretvornici temperature

Unutar svakog spremnika nalazi se devet temperaturnih senzora, koji mjere temperaturu tereta i oplate spremnika na kritičnim položajima. Četiri senzora nalaze se na obodu cijevnog tornja, razmješteni na različitim visinama, i služe za mjerenje temperature LNG tereta (Slika28). Četiri se nalaze se na četiri dijametralno suprotne strane ekvatorijalnog prstena, i služe za mjerenje temperature oplate spremnika. Pošto debljina spremnika na ekvatorijalnom prstenu iznosi 195mm, njegova temperatura kritična je za operaciju pothlaĎivanja spremnika. Posljednji, deveti senzor, nalazi se na dnu spremnika i mjeri temperaturu oplate dna spremnika. Senzori temperature oplate veoma su bitni za ispravno rukovanje teretom, jer operacija ukrcaja ne smije započeti dok nije postignuta optimalna temperatura oplate tankova, to postižemo CTC pumpama i LNG – om koji je ostavljen (1-2% tereta) na brodu za ovakve operacije. Ukrcaj ne smije početi ako temperatura dna spremnika nije bar – 80ºC.

Svi senzori temperature rade na istom načelu. Osjetilni element senzora sastoji se od žice platine, čiji se otpor mijenja u ovisnosti o apsolutnoj temperaturi (Slika 31). Osim osjetilnog elementa koji je izraĎen od platine, kućište senzora izraĎuje se od nehrĎajučeg čelika Cr–Ni. Kako bi se izbjegla opasnost od iskrenja unutar tankova, kućište svih senzora hermetički je zatvoreno. Napajanje je izvedeno preko vodiča izraĎenih od bakra s primjesom od nikla. Senzori se kontinuirano napajaju istosmjernom strujom, a promjena otpora pretvara se u električni signal raspona 4 do 20mA, koji računalo obraĎuje i prikazuje kao temperaturu. Osim unutar spremnika, dio senzora nalazi se razmješten u brodskim cjevovodima, mjereći njihovu temperaturu, kao i temperaturu medija u njima.

Page 51: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

51

Slika 31 – Mjerni pretvornici temperature

Page 52: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

52

3.5.1.3. Mjerni pretvornik tlaka

Mjerenje tlaka plinova i tekućina ima veliki značaj u mjerenjima neelektričnih veličina. Prvo poznato mjerenje tlaka izveo je Toričelli (1643g.) utvrdivši svojim pokusom da zračni omotač tlači zemlju tlakom odgovarajućim 760mm živinog stupca. Oda tada se je tehnika mjerenja znatno usavršila.

Tlak se definira kao sila na jedinici površine. Mjerni pretvornici tlaka osjećaju promjene tlaka pomoću mehaničkih osjetila u kojima se na pogodan način uspostavlja ravnoteža sila i kao posljedica mjerljivi pomak ili deformacija, odnosno mjerenje tlaka se svodi na usporeĎivanje sila i mjerenje njihove razlike .

Senzori tlaka veoma su bitan dio sustava za nadzor tereta, mjere tlak unutar spremnika, cjevovoda kao i tlakove na tlačnim stranama pumpi, sapnica itd. Osjetilni element senzora tlaka sastoji se od posebne membrane, koja se pod utjecajem tlaka deformira. Deformacija se pretvara u električni signal raspona 4 do 20mA, koji računalo obraĎuje i prikazuje kao apsolutni ili relativni tlak.

Na LNG tankerima imamo veliki broj senzora i indikatora tlaka. Neki senzori imaju samo mehanički pokazivač tlaka, dok su neki elektronske izvedbe i osim lokalne mehaničke indikacije, daju indikaciju i na glavnoj konzoli CCR–a (Slika 27).

Na pumpama imamo senzore koje se sastoje od osjetilnog dijela i sklopa za elektronsku obradu. Osjetilni element sastoji se od Wheatstoneovog mosta, dok se osjetilna membrana nalazi preko osjetilne cjevčice u izravnom kontaktu s atmosferom tanka i hermetički je izolirana od električnih krugova senzora, kako bi se spriječila opasnost od kontakta električne struje i zapaljivog plina. Promjenom tlaka dolazi do pomicanja osjetilne membrane koja rasteže ili skuplja poluvodičke niti. Kako se mijenja dužina poluvodičke niti dolazi i do promjene električnog otpora niti i čitavog mosta, nakon čega dolazi do pada napona, što se detektira na diferencijalnom pojačalu sklopa za obradu signala. Nakon prolaska kroz kontrolni logički sklop, signal se šalje prema računalu sustava za nadzor tereta (Slika 26).

Page 53: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

53

Slika 32 – Pretvornik tlaka s membranom i rasteznim osjetilima

3.5.1.4. Mjerni pretvornik gustoće

Senzor gustoće konstruiran je od slitine aluminija 5083–O, kao i mjerni pretvornik razine. Radi na sličnom principu kao i senzor razine. Senzor se sastoji od više koncentričnih aluminijskih cijevi, koje tvore cijevni kondenzator. Kondenzator je male visine i pričvršćen na dno spremnika. Kada je senzor potpuno potopljen u LNG, njegov kapacitet ovisi o dielektričnoj konstanti LNG–a, koja je takoĎer funkcija gustoće. Električni kapacitet senzora računalo prikazuje kao gustoću tereta.

Kad je brod u balastu zna se dogoditi da vrijednost gustoće premaši gornju granicu senzora, zbog isparavanja metana odnosno zbog veće koncentracije propana i etana. Računalo nas tada obavještava da parametar senzora gustoće nije u dometu. Gustoću tereta u spremniku dobivamo na nešto drugačiji način, potreban je rad dva različita senzora te naravno dvije različite kartice za obradu signala. Senzor gustoće konstruiran je kao cijevni kondenzator te njegov električni kapacitet ovisi o dielektričnoj konstanti LNG–a u koji je uronjen. No, dielektrična konstanta LNG–a ne ovisi samo o njegovoj gustoći, ovisi i o temperaturi. Gustoću računamo usporedbom kapaciteta senzora gustoće i pada napona na senzoru temperature LNG–a, smještenom pri dnu tanka (Slika 28).

Page 54: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

54

3.5.2. Računalo sustava za nadzor tereta Zadaća računala sustava za nadzor tereta, je prijem i obrada analognih signala procesuiranih sa kartica za obradu signala senzora. Računalo je ključno u ovom sustavu jer programski obraĎuje razinu tereta, temperaturu, tlak i gustoću u svim tankovima. Rezultati se preko pisača ispisuju na papir (CTM) koji služi kao službeni dokument kod računanja količine i stanja tereta na brodu (Slika 33). Računalo služi i za kalibraciju senzora svih tankova.

Slika 33 – Ispis sa pisača sustava za nadzor tereta – CTM

Page 55: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

55

3.6. SUSTAV ZA ZAUSTAVLJANJE OPERACIJA U SLUČAJU NUŽDE – ESD

Na svakom LNG tankeru ugraĎen je poseban elektronski sustav za zaustavljanje operacija u slučaju nužde. Zadaća sustava je zaštita broda i terminala u slučaju nužde, kao što je požar ili propuštanje LNG–a. Sustav se sastoji od električnog kruga, koji, ako je prekinut, zaustavlja sve teretne operacije. U slučaju aktiviranja, sustav će odaslati signal na glavnu konzolu kontrolne prostorije, koji će oglasiti alarm, zaustaviti sve pumpe i kompresore i zatvoriti sve ventile na ukrcajnim platformama i kupolama spremnika. Ako se brod nalazi privezan za terminal, brodski se sustav posebnom vezom povezuje s obalnim, pa se u slučaju aktivacije zaustavlja i oprema terminala.

Sustav se može aktivirati na više načina. Postoje posebni prekidači za ručno aktiviranje sustava u kontrolnoj prostoriji, kormilarnici, pramcu, i svakoj ukrcajnoj platformi. Pritiskom prekidača prekida se strujni krug i aktivira sustav. Na svakoj ukrcajnoj platformi i kupoli spremnika nalazi se po jedan termalni prekidač, koji se u slučaju požara i visoke temperature rastaljuje i prekida krug. Sustav se takoĎer automatski aktivira u slučaju previsoke razine tereta u spremniku. Potapanjem senzora previsoke razine tereta u spremniku dolazi do aktiviranja sustava i zatvaranja svih ventila na kupolama spremnika čime se onemogućava prepunjivanje spremnika i izljev LNG–a .

Za vrijeme teretnih operacija, kada je brod privezan za terminal, brodski i obalni sustav se spajaju posebnim kabelom. Na glavnoj konzoli kontrolne prostorije postoji poseban prekidač, kojim se omogućava odabir vrste spoja u uporabi. Vrsta spoja ovisi o opremi terminala, a danas su najviše u uporabi pneumatski, električni i optički sustav. Pneumatski sustav sastoji se od cijevi pod tlakom zraka od 3 bara, kojom su povezani brod i terminal. Unutar cijevi nalazi se tlačni prekidač, koji prekida krug i aktivira sustav u slučaju gubitka tlaka u cijevi. Pritiskom prekidača za aktiviranje sustava, šalje se električnih signal solenoid ventilu, koji ispušta zrak iz pneumatske cijevi i aktivira tlačni prekidač. Optički spoj sastoji se od posebnog kabela koji se spaja sa obalnim sustavom. Pritiskom prekidača za aktiviranje, šalje se optički signal terminalu i glavnoj konzoli, čime se prekida krug i aktivira sustav.

Sustav za zaustavljanje operacija u slučaju nužde veoma je bitan dio teretnog sustava i njegovo ispravno funkcioniranje omogućava se učestalim testovima i provjerama.

Page 56: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

56

ZAGLAVAK

Porastom svjetske populacije i razvojem industrije svakodnevno se povećava potrošnja svih oblika energenata. Dugi niz godina, industrija je počivala na ograničenoj količini krutih i tekućih fosilnih goriva. Nove studije pokazuju kako se svjetske zalihe fosilnih goriva, a poglavito sirove nafte, brzo smanjuju. Velik broj najrazvijenijih država svijeta počeo je koristit alternativna goriva i obnovljive izvore energije, kako bi se potrošnja nafte prilagodila stvarnom stanju na tržištu, no najvažniji energent budućnosti svakako je prirodni plin. Vrtoglav porast potrošnje prirodnog plina posljednjih nekoliko godina uvjetovao je izgradnju velikog broja prihvatnih terminala i narudžbu velikog broja LNG tankera za prekomorski prijevoz. Povećanjem svjetske flote LNG tankera, raste i potražnja za stručno osposobljenim časničkim kadrom zaduženim za upravljanje tim sofisticiranim plovilima. Iako je razvoj računalne tehnologije doveo do odreĎenih promjena u konstrukciji i načinu rada teretnog sustava LNG tankera, osnovno načelo i zadaća sustava ostaje ista. Časnici zaduženi za rukovanje teretom dužni su detaljno poznavati mogućnosti i ograničenja teretnog sustava, kako bi se operacije s teretom odvijale sigurno po brod, terminal i njihovu posadu.

Page 57: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

57

KAZALO KRATICA

LNG – Ukapljeni prirodni plin ( engl. Liquified Natural Gas )

GNG – Prirodni plin ( engl. Gaseous Natural Gas )

CTC – PothlaĎivanje teretnih spremnika ( engl. Cargo Tank Cooldown )

LPG – Ukapljeni naftni plinovi ( eng. Liquified Petroleum Gas )

CCR – Kontrolna prostorija ( eng. Cargo Control Room )

ESD – Zaustavljanje operacija u slučaju nužde ( eng. Emergency Shut Down )

CTM – Ispis parametara unutar tanka ( eng. Cargo Tank Measurement )

Page 58: Teretni Sustav Lng Tankera

Izradio i pripremio : Kap.Goran Belamaric, mag. ing., Master Mariner

Teretni sustav LNG tankera

58

LITERATURA

[1] Bronzan B.: LNG, Energetika marketing, Zagreb, 1999.

[2] Ozretić V.: Brodski pomoćni strojevi i uređaji, Split Ship Management,

Split,2004.

[3] Hayler W. B.: Merchant Marine Officer’s Handbook, Cornell Maritime Press, Maryland, 1989.

[4] Lewis E. V.: Principles of Naval Architecture, The Society of Naval Architects and Marine Engineers, Jersey City, 1988.

[5] Radovan Antonić : Automatizacija Broda II, Pomorski Fakultet u Splitu, Split 2005.

VRELA

[6] *** 125 000 m3 LNG Carrier Cargo Operations Manual, Pronav Ship Management, Greenwich, 2003.

[7] *** Instruction Manual for Cargo Handling Plant for LNG/LPG/C "Gimi", Moss Rosenberg Verft A.S., Stavanger, 1976.

[8] *** LNG Al Ruwais Cargo Operating Manual, Pentatech Co. LTD, Busan, 2007.

[9] *** LNG World Shipping Journal, Riviera Maritime LTD, Enfield, Lipanj 2008.