Повышение энергетической эффективности специальных систем морских газовозов

Существует проблема морской перевозки природного газа с мест добычипотребителям больших его объёмов, расположенным в Западной Европе и Северной Америке. Россия — крупный поставщик газа в Европу. В настоящее время этот экспорт обеспечивается преимущественно трубопроводом и большая его часть транзитом через Украину [1]. Существует государственная необходимость развития и строительства отечественных газовозов. А также организация отечественного судоходства судами для перевозки сжиженного природного газа — LNGC (Liquefied Natural Gas Carrier), с развитием соответствующей необходимой инфраструктуры в виде расположенного вблизи порта завода по сжижению природного газа нужной производительности и специализированного терминала со всем современным перегрузочным оборудованием и системами обеспечения всесторонней безопасности, контроля и управления. Неоднократно, и не только нами, отмечались возможные осложнения с транспортом природного газа «Северной Трубой» по дну Балтийского моря [15]. Только морская перевозка сжиженного природного газа может сделать Россию самостоятельным независимым экспортёром газа во всех международных направлениях. И эта позиция тем более актуальна и оправдана, если иметь в виду насущную и скорейшую по реализации необходимость обеспечения экспорта газа со Штокма-новского и Ямальского шельфовых месторождений.

Перевозка сжиженного природного газа на судах класса LNG принципиально отличается от всех других видов судоходства постоянным присутствием газа практически во всех частях транспортного процесса от погрузки до выгрузки, включая постоянное взаимодействие груза с судовой энергетической установкой или, по крайней мере, с её определёнными элементами. Реализация такого взаимодействия требует от судового экипажа (а также от обслуживающего персонала обоих терминалов) специальной ответственной подготовки.

Между тем вместе с отсутствием строительства отечественных газовозов класса ЬЖЗ в России в настоящее время нет необходимой по глубине и объёму школы по подготовке кадров всех уровней для этой транспортной индустрии. Из всех морских учебных заведений, среди которых надо отметить ГМА им. Адм. С. О. Макарова, в учебно-тренажёрном центре которого имеется оборудование для учебных занятий по подготовке специалистов в области эксплуатации ЦЧСС, а в программе Судомеханического факультета выделен курс по теории и практике эксплуатации агрегатов, обслуживающих грузы Ы^ЮС.

Как общее место в проблеме постановки образования и подготовки специалистов в области морской перевозки сжиженного природного и нефтяных газов является практически полное отсутствие учебников или хотя бы технических инструкций в этой области на русском языке. Небольшой ряд книг содержит описание конструкций и оборудования теперь уже субстандартных судов-газовозов старой постройки, но не рабочих процессов грузообработки и соответствующих агрегатов [5−42−118−127]. Тем не менее, как показывает опыт трубопроводного экспорта российского газа в Европу и возможные в перспективе трудности его развития в Северном варианте по дну Балтийского моря, этим придётся заниматься в силу второй особенности морской перевозки сжиженного газа. Коротко она заключается в том, что 1^ГСС, особенно большой вместимости проектируются, строятся и эксплуатируются для определённой линии судоходства между конкретным терминалом-экспортёром и терминалом-импортёром (или несколькими терминалами-импортёрами). Лучшим вариантом организации экспорта российского сжиженного газа с шельфовых месторождений в Арктике, Охотском и Каспийском морях является наличие отечественного специализированного флота с российскими экипажами. Фрахтование зарубежного флота — это, прежде всего, сравнительно значительные финансовые потери на экспорте и, кроме того, высокая вероятность новой внешней зависимости.

Перечисленные соображения предопределяют насущную и актуальную потребность всестороннего изучения и исследования различных проблем организации морской перевозки российского сжиженного природного газа и нефтяных газов в Европу, Северную Америку и Юго-восток Азии судами класса LNGC. В нашей работе рассматриваются научно-технические задачи организации и осуществления взаимодействия агрегатов энергетических установок этих судов, в перегрузочных работах и в рейсе. В частности, актуальной научно-технической задачей не получившей до сих пор обоснованного решения, необходимого для правильного выбора принципиальной схемы организации морской перевозки основного груза LNGC — метана является: либо установка полной каскадной системы реконденсации испаряющегося груза (BOG — Boil of Gas), либо полное её исключение из состава судовой энергетической установки (СЭУ) с использованием пара груза в СЭУ в качестве топлива. Всестороннее детальное рассмотрение этой задачи и её решение составляет основной предмет исследования диссертационной работы, а также теплотехнический анализ рабочих процессов в агрегатах СЭУ, обеспечивающих грузообработки в рейсе и на терминалах смесей сжиженных газов, главным образом пропана и бутана, наряду с метаном, составляющих основную часть грузов LNGC. Практические результаты исследований используются в работах Морского Регистра Судоходства РФ по новому изданию «Правил классификации и постройки газовозов» 2010 года.

Выводы по данной главе коротко можно сформулировать в следующих пунктах:

— Теплотехнические расчёты с определением всех параметров в отсутствие полной диаграммы в координатах р-Ь основных грузов ЫЮС можно проводить на основе классического уравнения состояния (Клапейрона-Менделеева), включая состояния на линии насыщения (при х = 1), без каких-либо уточнений величины массовой газовой постоянной (постоянной Д. И. Менделеева К = ^^ А.

Дж/(кг*К). На линии насыщения при давлении до 8 бар отклонения могут составлять от 4 до 15%. В состояниях перегрева при давлении 15 бар до 20%.

— Для расчётов процессов сжатия в компрессорах РУ рекомендуется принимать их адиабатными с показателем адиабаты: для метана — к =1,34- для этилена — к =1,29- для аммиака — к =1,30- для ал-канов и их производных с числом атомов углерода от 2 до 4 и более к =1,13.

Наряду со сжиженным газом одной природы грузом морской перевозки судами класса Ц>ГС с мембранными призматическими танками могут быть газовые смеси. В ближайшей перспективе развития российского экспорта сжиженного газа грузоотправителем Сахалин 2 таким грузом может быть смесь пропана с бутаном с учётом того, что все присахалинские месторождения (Пильтун-Астокское, Лунское и др.) являются нефтегазовыми. Не исключена вероятность, что смеси пропана с бутаном могут стать выходным продуктом разработок нефтегазовых месторождений арктического шельфа как грузы ЫЧСС в поддержку и дополнения к пока ещё зарождающемуся «Северному по-току"[75]. Пропанобутановая смесь в пятилетней перспективе может быть типичным грузом речных ЬМЗС на Северо-Каспийском терминале.

Попутно можно кратко отметить некоторые соображения в отношении «С.П.». Его проектная пропускная способность (мощность) — 55.60 млрд. мъ / год, как обычно в расчёте на нормальные атмосферные условия. Применительно к метану и температуре его перевозки в мембранном танке при давлении 1,15 бар (температуре ts =-16ГС) по состоянию сухого насыщенного газа это составит:

112 vii2K = = 23 МЛРДм3, а в жидкой фазе в танке.

У-л" = Уш, ^ = 23 • 10″ = 0,102 -10' м>, v 0,53 то есть действительно, как грубо считают, в 600 раз меньшую по объёму величина одинаковой массы газа. Сто миллионов кубометров сжиженного метана в течение года при десятидневном переходе Грейфсвальд — Выборг, включая время перегрузочных работ, могут перевозить 18 судов класса LNGC вместимостью в 150 тыс. мъ. Для перевозки 20% пропускной способности «Северного потока» хватило бы трех-четырёх таких LNGC. Перевозка сжиженного газа на восточный берег США без них осуществлена быть не может. Ещё раз отметим, что было бы в высокой степени целесообразно планируемые в проекте «Shtok-man Development» к установке на Штокмановском месторождении платформы выполнить с установлением завода по сжижению природного газа с отгрузочным терминалом по полной аналогии с соседним норвежским, уже второй год функционирующим комплексом «Snohvit». Это можно было бы сделать даже параллельно с начавшейся реализацией проекта «Северный Поток» в качестве его хорошего резерва, а стоимость 3.5 LNGC вместимости 150 тыс. м3 составила бы лишь небольшую часть строительного бюджета «Северного Потока».

На Западный берег США естественно транспортировать сжиженный природный газ, добываемый на месторождениях международного проекта «Сахалин 2». Его полномасштабное освоение составляет две морские платформы, магистральные трубопроводы для транспортировки нефти и газа на юг острова Сахалин на завод по производству сжиженного природного газа. Его общая производительность — 9,6 млн. т./год. В начале 2009 года была запущена его первая линия на 4,8 млн. т./год и в марте загружен и в присутствии Президента РФ отправлен от терминала первый LNGC. Объём млн. т./год при параметрах содержания сжиженного метана в мембранном призматическом танке (г/ = 0,2 365 м 1 кг и // = 422,8 кг/м3) составляет Vll2K=11 352 886 м Для его морской транспортировки в течение года судами вместимостью в 150 000 м³ понадобится сделать 76 рейсов, т. е. по 6.7 рейсов в месяц, что может быть выполнено тремя судами из расчёта предположительности рейса вместе со временем подготовки и проведения перегрузочных операций на обоих терминалах в 15 суток (на порты Японии, Южной Кореи, на ближние порты Китая). Таким образом, в настоящее время единственный в России терминал-экспортёр с заводом по производству сжиженного газа расположен на юге острова Сахалин (приморский посёлок Пригородное). В связи с генеральной директивой Правительства об интенсивной переориентации нефтедобывающей отрасли на экспорт продуктов переработки сырой нефти естественно предположить, что в ближайшей перспективе в Пригородном на базе завода по сжижению природного газа целесообразно построить нефтеперерабатывающий завод, неизбежными продуктами которого станут пропан и бутан в качестве объектов сжижения в несравненно более простой, по сравнению с метаном, схеме конденсации. Некоторые особенности этого процесса и организации обслуживания смесей сжиженных газов в общем рассматривается в этой главе.

Дополнительными практическими задачами при перевозках смесей сжиженных газов являются:

— программа расчётного установления давления в куполе танка в зависимости от компонентного состава смеси и её температуры;

— программа расчётного установления компонентного состава груза по объёму и массе в газовой фазе (в куполе танка) и отражения этого фактора в перегрузочных операциях в отчётной документации;

— анализ влияния химической неоднородности рабочего тела на процессы в агрегатах реконденсационной установки и перегрузочного энергетического оборудования.

3.1 Давление в куполе танка в различных условиях смешения грузов.

Обычно при загрузке в танк не реагирующих сжиженных газов известными бывают массы компонентов и их температура. В этом случае температуру смеси, которую естественно принимают все компоненты определяется формулой: п I.

-. (3−1).

2>,-с< м где: т., кг — масса ьго компонента-, °С температура ьго компонентас. — теплоёмкость ьго компонента в жидкой фазе, Дж/(кг*К) [26].

По температуре смеси ґс по таблицам или из общей характеристики груза определяются соответствующие давления насыщения компонентов Рз 1″ РгРт '.

По массовым содержаниям компонентов в смеси оцениваются их мольные содержания в соответствии с мольными числами каждого: т. т1 т, А 2.

М, и общее число молей в смеси.

II.

1−1.

Парциальные давления компонентов в газовой (паровой) фазе в куполе танка определяются формулой Рауля:

Ріг Рзі ч.

3.2).

После этого давление в куполе танка (его можно назвать давлением насыщения смеси) определяется суммой парциальных давлений всех компонентов (рис. 3.1):

Рс.г. ^ Ри.

3.3).

-&diams—Давление смеси.

100 сн • 0 С, Н,.

Процентное соотношение этана в смеси с метаном, %.

Рисунок 3.1 — Зависимость давления в куполе танка со смесью метана и этана при температуре Т=152 К (-121 °С) от соотношения компонентов в мольном исчислении.

Рм.К. ~ Рс.г. ~ Рбар

На большой площади верхнего закрытия танка даже небольшое избыточное давление в куполе, необходимое для предотвращения попадания в газовую пожаро — и взрывоопасную среду купола воздуха, создаёт весьма большое отрывающее усилие. Оно, естественно, оказывается многократно большим в его воздействии на всю площадь верхнего перекрытия танка и особенно опасным в его перпендикулярном стыке с вертикальными стенками танка. В нижнем стыке этих стенок с днищем танка разрывающее усилие определяется по величине давления у днища с учётом высоты столба жидкого груза Нж:

Рм.д. = Ры.к. + 8РсК (3.4).

Где с допущением абсолютного перемешивания компонентов смеси её приведённая плотность составит: ТТ1.

3.5).

1 2>, 1.

В частности для двух компонентов: га, га,.

Рс —7-А ±" 7-Рг ¦ т1 + т2 тх+ т2.

Долевое объёмное содержание компонентов смеси в газовой фазе над поверхностью жидкости в общем объёме купола танка Ук определится понятными выражениями:

V. р. — (3.6).

1Уг с.г. тт Р Рг.

Для двух газов: г1= — = -?-±— г2— — = .

К Рс. г^к Рс. г Эта информация может оказаться важной для определения режима работы компрессора и конденсатора в системе повторного сжижения груза (в реконденсационной установке грузовой системы). Понятно, что один из двух газов смеси при одинаковой температуре будет иметь более высокое давление насыщения (давление конденсации). Это обстоятельство должно непосредственно проявиться прежде всего на определении степени повышения давления в компрессоре реконденсационной установки (РУ) и, следовательно, на выборе схемы её работы (в одноили двухступенчатом варианте). Далее физико-химическая неоднородность груза естественно проявится в процессах теплообмена, конденсации и дросселирования во всех последующих агрегатах РУ. К подробному рассмотрению этих вопросов и решению соответствующих задач мы обратимся позднее. Здесь же дадим развернутое графоаналитическое представление решения теплотехнической задачи смешения химически не реагирующих сжиженных газов в их морских перевозках судами класса ЫЧО наливом. Эти представления важны не только в проектировании, комплектации и технической эксплуатации грузовых систем 1ЛЧСС, но и в правильной организации оформления перегрузочных работ в портах и на терминалах экспортёров и импортёров. Уже из приведённого выше рассмотрения простой задачи смешения двух сжиженных грузов, кипящих в атмосферных условиях при низкой температуре, становится ясным, что анализ содержания компонентов в паровой смеси (в газовой фазе) будет в большей или меньшей степени отличаться от результатов анализа по отборам в жидкой фазе. Насколько значительным может быть это различие посмотрим на простом примере. В общей массе 1000 т принятой в танк смеси жидких 400 т пропана и 600 т бутана с температурой Гс =-8°С при табличных значениях давления насыщения для неё р5П= 3,69 бар и /75/-=0,78 бар, парциальное давление пропана и бутана над свободной поверхностью жидкой смеси по формуле (3.2) составят: рт =1,72 бар и рГБ = 0,415 бар, с избыточным давлением в куполе рик=, Ъ5 бар. Долевое объёмное содержание в газовой фазе (в куполе танка) по формуле (3.6) составит: для пропана -80,6%, для бутана — 19,4%, тогда как в жидкой фазе по массе компоненты смеси соотносились как 40% пропана и 60% бутана. При температуре минус 8 °C плотность пропана 539 кг! м3, плотность бутана 625 ягг/м3. Плотность бутана при =-8 °С в 1,16 раза больше плотности пропана. Так, что объёмная доля пропана в жидкой фазе составит — 43,6%, объёмная доля бутана, соответственно, — 56,4%. Очевидна существенная разница в результатах оценки компонентного содержания груза по замерам, сделанным в его газовой и жидкой фазах.

В связи с отмеченными факторами в эксплуатации и>ГСС, занятых перевозками смесей сжиженных газов, представляет научно-практический интерес конкретное решение общей задачи о динамике параметров груза за весь период его нахождения на судне от погрузки до выгрузки и работы агрегатов грузооб-работки в системе судовой энергетической установки. Общая схема решения задачи в настоящем исследовании представляется следующими частями.

1. Установление зависимости параметров смеси газов в куполе танка от условий приёмки груза в реальном диапазоне их изменения. Для полного анализа задачи в работе выбраны два наиболее часто встречающихся в эксплуатации иМвС компонента смеси углеводородов: пропан и бутан. На них разработаны алгоритмы расчёта и форма графического и табличного представления результатов анализа.

2. Для различных комбинаций в условиях содержания груза в танках устанавливаются схема, режимы и параметры рабочих процессов в компрессорах РУ. Исследуются условия теплообмена в конденсаторе РУ при наличии в охлаждаемой и конденсирующейся среде двух химически разнородных газа с различными параметрами насыщения. В совместном рассмотрении результатов анализа устанавливаются необходимость (или её отсутствие) в двухступенчатом сжатии паров груза, с включением в схему промежуточного охладителя с обоснованием метода выбора (назначения) его параметров. Анализ заканчивается определением состояния и параметров груза на выходе из конденсатора.

3. В случае сжатия паров груза в одноступенчатом компрессоре анализу подвергаются процесс дросселирования относительно высокотемпературной смеси двух жидкостей в ТРВ с определением её параметров на выходе из ТРВ и входе в танк. В случае сжатия паров груза в двухступенчатом компрессоре с промежуточным охладителем, в свою очередь охлаждаемым низкотемпературной средой, отделённой в трёхходовом кране после выхода жидкости из конденсатора на вход в ТРВ 1 (дроссель) перед промежуточным охладителем (ПО) (на схеме по рис. 2.9), анализ усложняется оценкой необходимого отделения доли конденсата на охлаждение ПО с определением параметров этого процесса.

Ниже приводится расчёт с графическим представлением определения давления в куполе призматического танка для смеси различного компонентного состава с одним значением температуры смеси — минус 8 «С. Температура смеси различных количеств жидкостей (тп 1=1−2-., п) с различными значениями кЛж температуры (?.) и удельной массовой теплоёмкости (е.,-) определяется кг • К) формулой: п п = V т. • с. — г. / У т. е.

С.в. ?—I I I I I I.

1=1 /=1.

Диапазон изменения температуры смеси в призматическом мембранном танке определяется возможными крайними значениями температуры насыщения самого «лёгкого» (летучего) и самого «тяжёлого» компонентов при атмосферном давлении. Для простоты вычислений примем суммарную массу смеси пропана и бутана равной 1000 т. Это не повлияет на общие выводы в рассматриваемом случае. Диапазон изменения температуры смеси двух взятых углеводородов (алканов), таким образом, составит от -42″ С для 100%пропана до 0 °C для 100% бутана. Расчёты сведены в таблицы 3.1−3.8. Результаты приведены в графиках на рис. 3.2. .3.4.

В таблице 3.1 и 3.2 приведены зависимости давления в куполе танка от соотношения массовых и мольных количеств компонентов смеси в случае суммарного заполнения танка 1000 т груза. При задании состава смеси в жидкой фазе её общее мольное содержание определяется суммой мольных количеств п.

2. /^Г)100%. Массовые доли компонентов в смеси из двух определятся через 1 их мольные количества из выражений: т, А тк+щ /А М2 л, — т2 = тстх (3.8).

4.6 Заключение.

Прошедший в октябре 2009 г. В Буэнос-Айресе 24-й Мировой газовый Конгресс (2,5 тысячи делегатов-экспертов и руководителей ведущих нефтегазовых компаний из 81 страны) подтвердил, «если XX век был веком нефти, то XXI век будет веком газа». Самый большой прирост годовой выработки электроэнергии обеспечивается станциями, работающими на газе. К 2030 году потребности в природном газе по сравнению с 2006 годом вырастут в 1,5 раза. Недра России, Ирана и Катара содержат 60% мировых запасов конвекциального природного газа (т.е. метана), которых по прогнозам должно хватить на сто лет. Россия на всём этом периоде останется его стабильным поставщиком. В настоящее время на внутренний и внешний рынок Россия поставляет в год 664 млрд. м3, к 2030 году этот объём увеличится до 900 млрд. м3 в год. Полуторный прирост поставок (на 30% и более) должны обеспечить газовые месторождения арктического шельфа. Разработка уникальных газовых месторождений Ямала становится основой международного сотрудничества в освоении Арктики и не только в производстве, но и в организации и осуществлении транспортировки из полярной области сжиженного природного газа. В Ямало-Ненецком автономном округе открыто 229 месторождений углеводородного сырья, 18 из которых уникальны по своим запасам. Суммарные ресурсы природного газа с учётом шельфов акватории Карского моря оцениваются в 125,3 трлн. м3. Премьер-министр России В. В. Путин на совещании в Салехарде в сентябре 2009 года назвал газовые запасы Ямала будущим стабилизатором на мировых рынках природного газа. По реалистичным прогнозам превращение полуострова в крупный газодобывающий район уже в обозримой перспективе позволит увеличить добычу газа в округе до 250 млрд. мг в год, а впереди ещё освоение зоны Карского моря. Объявленные масштабы и темпы развития добычи природного газа обусловливают соответствующую необходимость обеспечения его переработки, хранения и транспорта, как внутри страны, включая арктическое побережье, так и импортного вывоза. Географическое положение Ямала с его местами добычи газа (в том числе шельфовой) с очевидностью предопределяет его морскую транспортировку.

Сжиженный газ является предельно специфическим судовым грузом, подверженным в процессе перегрузочных работ и в рейсе изменениям агрегатного состояния. Этот феномен применительно к судовым условиям и к операциям в соответствующих агрегатах инженерного обслуживания судна в настоящее время мало изучен и в отечественной технической литературе, а также и в зарубежной, с позиций теплотехнического анализа, можно считать, не рассматривается. В лучшем случае приводятся лишь схемы предлагаемых и действующих на судах, терминалах и в производстве сжиженного газа реконденсационных установок. Конечно, это большое и в практическом отношении первостепенное дело. Но не менее важным в организации квалифицированной эксплуатации и тем более проектировании и оптимальной комплектации схем РУ является представление о происходящих в её агрегатах физических процессах и количественная оценка их основных характеристик, обусловливающих и определяющих эффективность, надёжность и ресурс РУ.

Задачей нашей работы и её содержанием является восполнение названного пробела с обоснованием простой методики анализа термодинамических процессов на базе их классических описаний как обратимых с учётом уточнённых в соответствующем анализе значений теплофизических характеристик, определяющих необходимую адекватность в результатах расчёта. На такой основе выполнен и теплотехнический анализ существующего метода расчёта проходного сечения предохранительного клапана в системе обеспечения надёжности грузовых таков ОЧвС. Предложен альтернативный метод решения этой задачи, более простой и прозрачный.

На основе обоснованного подхода выполнен анализ ряда каскадных схем реконденсации природного газа. Предложены выражения критериев эффективности ЬШС.

Выполнен теплотехнический и сравнительный технико-экономический анализ использования пара из купола танка с природным газом в качестве топлива для главных двигателей Ы^ГСС в вариантах паротурбинной установки и дизеля с двойным топливом (ОБ). Рассмотрен экологический аспект работы дизеля на нефтяном топливе и в сочетании с углеводородным топливом (ОБ) с использованием полученных экспериментальных данных на одноцилиндровом судовом дизеле.

Выполненная работа позволяет впервые сделать следующие выводы и определить новые научно-обоснованные положения в эксплуатации О^ГСС:

1. В настоящее время можно говорить лишь о примерном соотношении стоимости доставки природного газа трубопроводом и судами. С приблизительным учётом капитальных расходов считается, что для шельфовых месторождений трубопроводная транспортировка ПГ в сравнении с водными перевозками СПГ конкурентноспособна лишь на расстоянии доставки не более 2 тыс. км. В условиях освоения природных богатств российского Севера (как в его европейской, так и в азиатской частях) транспортировка ПГ судами, оборудованными реконденсационной и регазификационной установками наиболее целесообразна.

2. Расчёты параметров состояния наиболее распространённых грузов 1ЖЗС в газовой фазе в соответственно рабочих диапазонах изменения температуры и давления могут с достаточной в практических задачах точностью выполняться на базе уравнений технической термодинамики по методам и алгоритмам, разработанным в Главах 3 и 4. Динамика возможных отклонений от реальных значений по академическим диаграммам (р-ИТ-б и т. п.) в различных рабочих диапазонах изменения температуры и давления, приведена в табличной и графической формах в Главе 2.

3. Перевозки специализированными судами сжиженных углеводородов всех видов и других газов, пребывающих в атмосферных условия в газовой фазе, с технической, экологической и экономической точек зрения практически безальтернативны. В перевозках этих грузов в газовой фазе в специальных контейнерах под давлением до 200.300 бар (патенты VOTRANS, Caselle) масса груза составляет не более 20% от массы содержащих его ёмкостей. Отсутствие на судне системы обслуживания груза (РУ) не компенсирует потери из-за снижения грузовой вместимости.

4. Специфическое изменение параметров насыщения пропана на верхней пограничной кривой позволяет производить его сжатие в двухступенчатом компрессоре со степенью повышения давления 71=16 без промежуточного охлаждения. Специфическая форма верхней пограничной кривой пропана обусловливает два существенных фактора в организации работы главного конденсатора РУ: 1) малую долю удельного теплоотвода в забортную воду от перегретого пропана, обеспечивающую заметную минимизацию размеров конденсатора- 2) возможность (особенно при низкой температуре забортной воды) существенного переохлаждения конденсата в главном конденсаторе для увеличения эффективности РУ.

5. Отработаны метод и программа расчёта параметров пара в куполе призматического танка класса «А» не реагирующих газов, в частности, со смесью пропана и бутана во всём возможном диапазоне их массового содержания в танке с графическим и табличным представлениями результатов расчёта в качестве его алгоритма.

6. Смешение газов с целью повышения температуры насыщения груза при давлении до 5 бар целесообразно при разности значений температуры насыщения компонентов при назначенном давлении насыщения в куполе не большей.

20.25 «С. С понижением давления эта разность снижается, с повышениемувеличивается. Для метана ближайшим по этому признаку является этан, с разностью в ^ при р5=5 бар составляющей 100» С. Смешение метана с каким-либо другим сжиженным газом с целью повышения ^ смеси оказывается нецелесообразным.

7. Дискуссионным при проектировании ЫЧвС является выбор способа отвода и использования образующегося в куполе танка пара груза: его реконден-сации в специальной РУ или сжигании как топлива в системе судовой энергетической установки. В диссертации выполнен детальный теплотехнический анализ этой задачи. Даже в случае категорического предпочтения использования пара метана как топлива целесообразно иметь бортовую РУ, хотя бы в качестве вспомогательной со сниженной производительностью.

8. Выполненный теплотехнический анализ позволил установить временной теплотехнический критерий эффективности грузового танка ЕТ и безразмерный критерий эффективности Ы^вС в рейсе протяжённостью Ь со скоростью 8 — ЕТ^ и критерий энергетической эффективности перевозки сжиженного газа Е. э.

9. В главном (метановом) цикле РУ, в его обычно противоточном конденсаторе, двух (или трёх) ступенчатый компрессор должен обеспечивать (с целью снижения энергозатрат на привод) давление хотя бы на уровне 10.20 бар с соответствующими значениями температуры насыщения 150. 165 К. Использование для этого в качестве хладагента даже этана в судовых условиях вызывает определённые трудности в связи с необходимостью на линии этана удерживать 90% вакуум (р5 = 0,1 бар, Т = АЪК). Этановый цикл, в свою очередь, требует каскадной схемы исполнения с дополнительным хладагентом. Диапазон изменения температуры насыщения пропана от -33 «С до -50 «С соответствует также области вакуумизации от 1,03 бар до 0,4 бар. Для отмеченного диапазона параметров насыщения аммиак выгодно отличается от пропана трёхкратно большим значением скрытой теплоты парообразования (1358.1314 против 425.434 кДж/кг), что при прочих равных условиях интенсифицирует конвективный теплообмен на стороне хладагента, позволяет снизить его расход и габариты теплообменника. В техническом анализе этих процессов введено новое число подобия Td конвективного теплообмена в условиях конденсации применительно к теплообменникам в грузовых системах LNGC, а также критерии энергетической эффективности мембранного танка и LNGC в определённом рейсе с определённой скоростью хода.

10. В реконденсационной установке с относительно высокой степенью повышения давления в двухступенчатом метановом компрессоре (до я =36) заметная экономия энергии его привода (до 16%) достигается за счёт промежуточного охлаждения между ступенями, что усложняет РУ схемно и конструкционно. Максимальная экономия энергии привода двухступенчатого компрессора метанового цикла, как показал сравнительный анализ с четырьмя значениями степени повышения давления (я = 4−9-16−25), достигается в системе с я = 4, требующей применения в качестве хладагента азота с использованием в азотном и метановом циклах — расширительной турбины, приводящей две ступени компрессора.

11. Анализ естественного выхода пара метана (BOG) из танков современных LNGC различной вместимости (70 ООО. .250 ООО ж3) в различных условиях рейса показал величину средней его скорости (BOR — Boil-Off-Rate) в диапазоне 0,05.0,10%/сут. В варианте LNGC с паротурбинной пропульсивной установкой это может обеспечить двадцати-тридцати процентную замену суточного расхода нефтяного топлива. В пропульсивной установке с современным малооборотным двухтактным дизелем (типа 8К80МЕ-С или L50DF-Wartsila) эта доля метана в суточном расходе топлива может составить до 70%.