gruppman (gruppman) wrote,
gruppman
gruppman

Как пароходы ездят на СПГ.

Ладно, разврат развратом, но дело тоже надо делать.
Я же тут серию постов об устройстве и работе главного двигателя задумал, и даже написал один...
но дальше дело немного застопорилось.
Какая то сухая инструкция получается, а не рассказ.
Напишу, перечитаю...не нравится, удаляю.
А пытаясь оживить инструкцию эту, пытаясь внести живые образы, так вообще бардак получается.
Как представлю это движение поршня в цилиндре...туда-сюда, туда-сюда...так сразу понимаю, что этот рассказ станет просто украшением журнала категории 18+, но никак не моего бложека.
Не о том думаю, ох, не о том... старый я козёл.

Поэтому сегодня немного изменю тему, но всё таки в ту же тему - о главном двигателе.
Но главном двигателе, который работает на сжиженном газе.
Как используют газ в качестве судового топлива.

Всё чаще и чаще идут новости о том, что вот, ещё одно новое судно на СПГ ввели в строй.
Попутно идут новости и о том, что также и строят береговые ёмкости для хранения СПГ и дальнейшей бункеровки таких судов.Это уже не модная тема, а реальность.
Ограничения по выбросам в атмосферу заставляют искать новые пути, никуда не денешься.

Вообще, об использовании газа в качестве судового топлива подумывали уже давно. Но основная проблема появилась тогда, когда научились перевозить газ в больших объёмах морским путём.
Не знали, что делать с испаряющимся газом.

Линейка вместимости газовозов довольно таки широка - от 10 000 кубов до 230 000.
Газ перевозится в сжиженном состоянии при температуре близкой к его кипению, -160 градусов.
Несмотря на изоляцию, тепло всё таки передаётся грузу,и часть груза испаряется вследствии выкипания.И первым выкипают более лёгкие элементы, имеющие низкую температуру кипения.
Куда-то это испарения девать надо.
Испаряется то ведь немалое количество.
Эти испарения называют N-BOG, или Natural Boil Off Gas, и составляют примерно от 0,1% до 0,15% в день от количества груза.

Вот расчёты по судну для перевозки 74 000 кубометров газа.
N-BOG для такого судна составит 74 куба в день.
Коэффициент расширения для газа, от жидкой фазы до газообразной - 600:1, то есть 74 куба равняется 44 400 кубометрам газа.
Низшая теплотворная способность (LCV) испаряемого газа варьируется от содержания азота, который присутствует в N-BOG. Содержание азота может быть выше 30% объёма выкипаемого газа в начале рейса, потому, что азот имеет более низкую точку кипения, чем метан. Но мы уже знаем, что первыми выкипают более лёгкие элементы.
Поэтому цифра LCV такова - 28 МДж/м3.

Далее.
44 400 х 28 = 1 243 200 МДж в день.
Такое количество энергии выпускать в атмосферу ежедневно недопустимо.
И для решения это проблемы есть три пути:

а)Сжигать этот газ.
б)Снова сжижать этот газ и возвращать в грузовые танки.
в)Использовать этот газ в качестве судового топлива.

Достоинства и недостатки этих трёх путей.
а) Всё понятно,да?
б)Установка дполнительного оборудования и повышенное потребление топлива для работы этого оборудования.Хотя уже и удешевили этот процесс.

в)Этот путь и есть основной.Первые танкеры-газовозы приводились в движение паровыми турбинами, поэтому особых трудностей в переводе паровых котлов с мазута на газ не возникало.
Паровые котлы с лёгкостью жрали оба вида топлива.
Первоначально, сжигаемый газ обходился судовладельцам бесплатно, так как из-за отсутствия УПСГ его надо было выбрасывать в атмосферу, а покупатель был одной из сторон консорциума. Доставить как можно больше газа, не было основной целью, как сегодня. Современные контракты, включают стоимость сожженного газа, и это ложится на плечи покупателя. По этой причине, использование газа как топлива или его сжижение стали основными причинами новых идей в судостроении.
Но... есть одно но. Паровые турбины недостаточно эффективны.


Поэтому под кепку полезла идея, как приспособить дизеля для работы на газе.
Так и появились дизели, работающие с двумя видами топлива - дизтопливо и газ.
И такие энергетические установки называют двухтопливными - Dual Fuel или DF engines.
И такая установка не использует газ в качестве основного и единственного топлива.

Кстати, в одном из разговоров мне сказали, что это всё не ново, достаточно вспомнить суда с газотурбинным двигателем. Хотя там просто ввело в заблуждение слово - газо.В газотурбинной установке СПГ не является топливом, там несколько другой принцип работы. СПГ там не присутствует вообще.

Итак, двухтопливные двигатели.

Есть как и четырёхтактные, так и двухтактные.

Четырёхтактные.
Тоже, в общем то не новые двигатели, и применялись давно в береговом варианте. Просто их доработали напильниками для работы на морских судах.
И поначалу их использование на торговых судах не имело большого смысла, за исключением танкеров-газовозов, где газ являлся халявным топливом. Ещё их использовали на вспомогательных судах, обеспечивающих работу газодобывающих вышек.

КПД таких двигателей довольно таки высок, а суда использующие такие установки, имеют в основном дизель-электрический привод.

Вот примерная схема работы такой установки.


Расшифровка принципа работы - N-BOG по магистрали поступает из грузовых танков в компрессор, который повышает давление газа до 5,5 атмосфер, затем этот газ нагревается до температуры около 30 градусов. Потом этот газ смешиивается с воздухом и поступает в цилиндр двигателя через воздухозаборник.
Воспламенение же газа производится форсункой, впрыскивающей дизтопливо в цилиндр, наполненный газом.


Первым дизель-электроходом с такой установкой стал танкер-газовоз "Gaz de France", предназначенный для перевозки 74 000м3 сжиженного газа.


Построен был во Франции.
На танкере были установлены 4 двигателя Wartsila 6L50DF(с разработками Вяртсиля можно ознкомиться здесь, PDF, там презентация - http://www.dieselduck.info/machine/02%20propulsion/2009%20Wartsila%20dual%20fuel%20LNGC%20presentation.pdf) каждый мощностью 5700КВт при 514 rpm.
При нормальных условиях эксплатации, при работе 3 двигателей из 4, танкер выдаёт скорость в 16 узлов, при работе же всех 4 двигателей танкер может выдать и 28,5 узла.

Каждый двигатель потребляет 1 013 688MДж в сутки.
И эта цифра чуть меньше суточного N-BOG из всех грузовых танков, и это же и означает то, что этого N-BOG хватает только для работы только одного двигателя.
И для того, чтобы газа хватало на все двигатели, применяют технологию принудительного вскипания газа или forced to boil off (F-BOG).
И даже при такой процедуре, эксплуатация судна приносит экономию на топливе, нежели при использовании только дизтоплива.
При пробеге в балласте судно может использовать одно дизтопливо, или также использовать газ, который специально оставляют в танках для работы двигателей.
Также возможна и работа на тяжёлом топливе, но использование такого топлива влечёт за собой расходы на другие смазочные масла.

Как устроена топливная система.

Вот принципиальная система для дизтоплива.


Она, грубо говоря, тоже двойного действия.
Первая система используется для работы двигателя при применении газа, и служит только для воспламенения газа в цилиндре.И эта система контролируется электроникой и имеет электронный впрыск дизтоплива в цилиндр при давлении в 900 бар.

Вторая система - это обычная работа дизеля только на дизтопливе, с обычными приводами ТНВД на распредвале.

Форсунки двухигольные.Маленькая игла для работы в электронном режиме, большая - в режиме дизеля.

Газовая составляющая.
Схема.


Газ через фильтр поступает в регулятор давления, и выходные значения зависят от нагрузки на двигатель и энергитеческой ценности газа, но максимальное значение 4 бара.
Система также укомплектована необходимыми девайсами безопасности, клапанами аварийного перекрытия и вентиляционным клапаном для стравливания газа при избыточном давлении.
Сами трубопроводы имеют двойные стенки.

Установка регулятора давления.


На переднем плане ручной секущий клапан, с красной ручкой. Сейчас открыт.

1.Фильтр.
2.Флоуметр или датчик потока.
3.Регулятор давления.
4.Аварийный секущий клапан.
5.Вентиляционный клапан.



Принцип работы двигателя.

Запуск двигателя производится на дизтполиве, и применяется вся форсунка, и малая, и большая игла.Если запуска произошёл успешно, воспламенение стабильно, то двигатель переходит на газовое топливо. Это занимает около минуты, замещение топлива газом.


Заполнение цилиндра газово-воздушной смесью.
Впускной клапан открыт.



Сжатие смеси.
Клапаны закрыты.
Газ от сжатия не воспламеняется.



Впрыск топлива и воспламенение.
Перед подходом поршня в ВМТ, малое количество дизтоплива впрыскивается в цилиндр (1%).
Именно это малое количество и даёт воспламенение смеси.


Важное значение при работе таких двигателей имеет поддержание правильного соотношения воздуха и топлива во всём рабочем диапазоне для предотвращения детонации или ошибки при воспламенении, а также для низкого значения выбросов в атмосферу.
Это достигается за счёт использования Waste Gate, обходной системы выхлопных газов вокруг турбин, контролируемой электроникой.


Waste Gate



Меры безопасности.

В случае , если газ не может быть использован как топливо для двигателя и на судне нет установки обратного сжижения, предусмотрена система выжигания такого газа.
Называется такая установка Gas Combustion Unit или Thermal Oxidiser, и устанавливается в фальштрубе судна.








Фото V-образного 12ти цилиндрового двигателя на СПГ.
Газоподводящие трубы и актуатор аварийного сброса газа.



Схема.


Схемы безопасности аналогичны схемам при работе с газом.
Утечка метана может вызвать разрушительный взрыв, и для предотвращения утечек и взрыва газопроводы все имеют двойные стенки. Также система газопровода оборудована пламегасителями на входе в коллектор подачи газа, систему сброса избыточного давления, а также газовыми детекторами.
Вытяжной вентиляция над каждым двигателем тоже имеет газдетекторы.

При обнаружении утечки газа, сразу перекроется подача газа в двигатель, он перейдёт автоматически в дизтопливный режим. А газ будет перенаправлен на Thermal Oxidiser,где и произойдёт утилизация этого газа.
В случае нарушения целостности двойных труб газопровода, система имеет вход для закачки инертного газа азота для продувки системы и освобождения от опасного газа.

IACS (МАКО - Международная ассоциация классификационных обществ, MAKO (англ. International Association of Classification Societies, IACS) - международное объединение классификационных обществ, ставящее своей целью выработку стандартов и правил в отношении обеспечения безопасности морских перевозок.) требуют соблюдение следующих пунктов по безопасности:

- Использовать только дизтопливо при запуске двигателя.
- Только дизтопливо следует использовать при нестабильной работе двигателя, а также при манёврах или портовых операциях.
- В случае внезапного прекращения поступления газа в двигатель, двигатель должен продолжать свою работу на дизтопливе без перебоев.
- Картерные предохранительные клапаны должны быть установлены на каждом цилиндре двигателя.
Конструкция и рабочее давление срабатывания предохранительных клапанов должны определяться с учетом взрывов из-за утечки газа.
- Взрывные предохранительные клапаны или другая соответствующая система защиты от взрыва должны быть предусмотрены в выхлопных, продувочного и впускных воздухопроводов.
- Выхлопные газы из трубы двигателей на двух видах топлива не должны быть соединены с выпускными трубами других двигателей и систем.
- Стартовые воздушные патрубки для каждого цилиндра должны быть снабжены эффективными пламегасителями.
- Пламегасители должны быть предоставлены на входе в коллектор подачи газа для двигателя.
- На стартовой платформе, а также других позициях контроля можно было перекрыть газ вручную.


Вот такие вот пирожки с СПГ.
Это всё по четырёхтактному двигателю.
Двухтактный чуть позже.





Tags: gascarrier, tanker, газовозы, как оно работает, пароходы, танкеры
Subscribe

Recent Posts from This Journal

Buy for 30 tokens
Buy promo for minimal price.
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 41 comments