Наставники 0

Блог Education Marine

Community Base ContentEngineersGas CarrierБез рубрики

Системы повторного сжижения современных LNG

Как хорошо жили морские перевозчики СПГ ещё 10 лет назад! Главными двигателями были паровые турбины, котлы которых были способны использовать все пары груза, образующиеся во время рейса. Потом оплачивали грузовладельцу стоимость топливного газа, и все были довольны.

Но потом появились манящие альтернативы, возможность заменить прожорливые и ленивые турбины (к.п.д. в районе 0,25) трудолюбивыми дизелями, эффективность которых вдвое выше, чем у паровых турбин.

Однако высокий к.п.д. означает меньшую потребность в топливе, и встал вопрос: а куда девать отпарной газ, нарастающее давление которого способно повредить грузовые танки?

И тогда на танкерах СПГ появились газосжигающие установки, GCU – Gas Combustion Units. Но это не выход, это обогревать Вселенную за счёт фрахтователя. И стало понятно: без повторного сжижения не обойтись.

Надо заметить, что даже в паротурбинную эпоху были танкера СПГ с дизельными пропульсивными установками, причём самые крупные – классов Q-Max и Q-Flex. Они, конечно, не могли обойтись без установок сжижения паров груза, и теперь их опыт пригодился новому поколению танкеров для сжиженного природного газа.

Зашевелились конструктора и разработчики холодильных устройств, начали наперебой предлагать различные варианты сжижения паров груза. Однако практическое применение пока что нашли два направления – 1. системы, использующие смесевой хладагент (Single Mixed Refrigerant) и 2. установки частичного сжижения на основе обратного цикла Брайтона (Subcooler, подхолаживатель, что ли).

Вот их мы и рассмотрим.

 

Установка полного сжижения со смесевым хладагентом

SMR Reliquefaction Plant

Хладагентами в виде смеси никого не удивишь. Хорошо знакомые морякам R-404A и R-407C представляют собой смеси из трёх компонентов. Но SMR устанавливает новый тренд криогенных технологий – его состав постоянно меняется в ходе охладительного процесса. Поэтому слово «mixed» в его названии лучше переводить как «смесевой», а не «смешанный».

Для примера рассмотрим систему ecoSMRT фирмы Babcock.

В этой установке смесевой хладагент циркулирует по замкнутому циклу то в жидком, то в газообразном виде. Пока ничего принципиально нового, всё как в домашнем холодильнике – сначала компрессор (там он винтовой, с масляным уплотнением) так же сжимает газообразный хладагент до 17 бар, потом следует охлаждение хладагента обычной водой, тот же терморегулирующий вентиль (Joule-Thomson valve)… Вот только конденсатор и испаритель объединены в трёхпоточный теплообменник, в котором один из потоков отведён охлаждаемому выпару.

Всё это хозяйство втиснули в компрессорную рубку (Cargo Machinery Room), которая традиционно располагается на правом борту и вмещает компрессора, нагреватели испарители и прочее грузовое оборудование. Эта рубка – непременный атрибут всех танкеров СПГ, независимо от конструкции грузовых танков и типа главного двигателя.

Вот снимок палубы газовоза СПГ «La Seine», оборудованного системой полного повторного сжижения отпарных газов «EcoSMRT». Обратите внимание на расположение подъёмного крана на крыше компрессорного отделения. Он обычно опирается на разделительную переборку, и это означает то, что компрессорное отделение с установкой повторного сжижения занимают почти всю рубку, оставив для размещения электродвигателей меньше четверти объёма.

 

А так выглядит интерьер компрессорного отделения. Всё оборудование, относящееся к повторному сжижению скомпоновано недалеко от входа с грузовой палубы.

Многие люди равнодушно смотрят на этот снимок, а ведь это сенсация! Электромотор расположен в помещении с потенциально взрывоопасной атмосферой. Тем не менее, это факт. Конструкторы поверили фирме ABB, уверяющей в надёжности их изделия.

А вот эти баки служат для хранения составных частей смесевого хладагента. Их пять должно быть, по числу компонентов SMR: 1. Азот; 2. Метан; 3. Этан; 4. Бутан; 5. Пентан. Это всё составляющие природного газа, но почему-то проигнорирован пропан.

Во время сжижения процессор определяет текущее состояние процесса и, по мере необходимости, добавляет из этих бочек нужный ингредиент.

Производительность описанной установки около 2 тонн в час. Имеется в виду масса жидкого груза, возвращённого в танки.

 

Установка частичного сжижения на основе турбодетандера

Air Liquide Turbo-Brayton Subcooler

Главная идея установки частичного сжижения – использование явления охлаждения газа при его расширении. Какие мощные резервы здесь кроются, видно на примере главных паровых турбин, двигающих стремительно устаревающий сейчас класс газовозов СПГ. Пар там подаётся при температуре около 520 оС, а на выходе имеет примерно 100 оС. Эти цифры для турбины «Кавасаки» марки UA-400, на других установках могут быть другие значения, но всё равно, снижение температуры на четыре сотни градусов впечатляет.

В описываемых установках такое же расширение на турбинах используется для понижения температуры. Эти турбины для утилизации кинетической энергии называются по-разному: экспандеры, турбодетандеры, а в сочетании с компрессором – компандеры. Именно они являются основой субкулера (подхолаживателя) – такое название закрепилось за установкой частичного сжижения. Для этого криогенного комплекса возвели отдельное строение на левом борту.

По расположению подъёмного крана на крыше Cargo Machinery Room’а мы видим, что моторный отсек сравнялся теперь по объёму с компрессорным, потому что всё холодильное оборудование переместилось в отдельную рубку.

Не хочу никого бесплатно рекламировать, но лидерство на рынке турбоэкспандеров, по-видимому, захватила французская фирма «Air Liquide» со своей линейкой морских Турбо-Брайтонов (Turbo-Brayton technology). Мы рассмотрим в качестве примера модель TBF-1225 производительностью 1,5 т в час.

Суть процесса заключается в сжатии, промежуточном охлаждении водой и расширении газообразного азота. Эти процедуры выполняют соответственно компрессоры, теплообменники и турбоэкспандеры.

Любимый вопрос, задаваемый на собеседованиях: чем хладагент отличается от теплоносителя? Правильный ответ: теплоноситель всё время или жидкий, или газообразный, а эффективность хладагента основана на переходе из жидкого состояния в газообразное и обратно. Так вот – в описываемом цикле Турбо-Брайтона азот остаётся газом в течение всего цикла, строго говоря, он теплоноситель, а хладагента, как такового, вообще нет. Это сильно упрощает и удешевляет установку.

В самой распространённой на судах системе TBF-1225 температура азота на входе в экспандер составляет +37 оС – как в человеческом организме – а на выходе -150 оС. Рекорд турбины «Кавасаки» не побит, но снижение температуры вполне приличное, хотя и не достаточное для полного сжижения всего объёма испарившегося груза, который требует -160 – -162 оС.

На снимке показана холодильная установка Турбо-Брайтона внутри рубки субкулера. На переднем плане четыре компрессора, а туда дальше к теплообменникам видны три турбодетандера, расширительные турбины.

 

Итак, мы попытались дать общее описание тенденций развития технологий повторного сжижения на современных газовозах СПГ.

Напрашивается вопрос: а какая из этих систем лучше? Ответ очевиден: раз обе выдержали суровый технолого-экономический естественный отбор, то каждая из них имеет свои плюсы и свои минусы.

С точки зрения судовладельцев, SMR, конечно, дороже, зато работает он с большей эффективностью. Как там экономисты говорят – капитальные затраты у установок полного сжижения выше, зато эксплуатационные издержки ниже.

С точки зрения грузовых помощников и газовых механиков, субкулер проще в обслуживании, зато работает он намного медленнее, а потому требует своевременных действий. Если образно, то управление системой SMR похожа на управление мотоциклом, а субкулер требует искусства рулевого огромного судна.

Кто побеждает – не могу сказать, статистикой не обладаю, но, кажется, увеличивается процент танкеров с двумя рубками в кормовой части грузовой палубы.

 

Итоги

Мы рассмотрели системы повторного сжижения самых популярных сейчас классов современных танкеров СПГ с двигательными установками XDF и MEGI. За пределами нашего внимания остались такие классы газовозов, как DFDE с пропульсивными электродвигателями и гиганты танкерного флота Q-Max и Q-Flex.

Они тоже оснащены системами повторного сжижения, которые значительно отличаются от описанных нами. Там свой мир, там правят Cryostar, Atlas Copco, Hamworthy и прочие уважаемые фирмы. О них потом.

 

Так же рекомендуем ознакомиться с курсом LNG Practical Course for Engineers (including interview preparation), где сможете подробнее ознакомиться с тем, что должен знать каждый механик на LNG судне

 

Автор статьи Vlad Novikov

 

Читайте так же
Вопросы, которые задают на интервью младшим механикам Вопросы, которые задают на интервью младшим механикам
Давайте проверим Ваши знания и ответим на 3 вопроса средней сложности, которые могут попасться на интервью. 1) Что такое DP transmitter и для чего он...
Подробнее
Требования к швартовному устройству при заходе в Австралию Требования к швартовному устройству при заходе в Австралию
​​Когда идешь в какой угодно порт, как правило, агент пишет длинное письмо с требованиями для судна от портовых властей. Самыми объёмными в этом отношении являются...
Подробнее
Вопросы, которые задают на интервью механикам Вопросы, которые задают на интервью механикам
​​Привет! Давайте сегодня разберем вопросы по ISM Code в работе механика на судне. Вопрос: может ли Permit holder заходить в Enclose space? Ответ: нет, Permit...
Подробнее
Обязанности Газового механика Обязанности Газового механика
Кто же такой газовый механик и в чем заключается его работа?    Газовый механик уникальная и очень интересная должность. Он является senior officer и это...
Подробнее
Комментарии
Практические знания для моряков, которые не найти в книгах