Грузовая система – это основной элемент судна CNG. Основной элемент грузовой системы - баллоны-хранилища сжатого газа.
В настоящее время ведется широкий поиск оптимальной формы баллонов-хранилищ, схем размещения баллонов на судне и материалов для их изготовления.
Большинство разработчиков планирует использовать цилиндрические баллоны из стандартных труб для подводных газопроводов. Баллоны размещают на судах как вертикально, так и горизонтально. Идут эксперименты со стальными баллонами, баллонами из сталей с наружной стеклопластиковой обмоткой, углепластиковыми баллонами со стеклопластиковой обмоткой.
Рассматриваются и оригинальные концепции изготовления баллонов из тонких стальных трубок малого диаметра, намотанных на катушки большого диаметра, устанавливаемые на судно вертикально.
Цель поисков – получить оптимальное соотношение вместимости грузовой системы, ее массы и стоимости.
Наиболее сложной проблемой, решаемой разработчиками, является обеспечение безопасности хранения природного газа под давлением до 20,0 – 25,0 МПа. В отечественном судостроении накоплен богатый опыт работы с высокими давлениями. Системы ВВД (воздуха высокого давления) с сотнями баллонов являются штатными элементами каждой подводной лодки, строительство которых серийно ведется в стране в течение десятков лет. Это позволяет уверенно утверждать, что создание баллонов-хранилищ для сжатого природного газа для судов CNG не представляет для российской промышленности непреодолимой проблемы.
Грузовая система судна CNG, обслуживающего оффшорные месторождения, предназначена для выполнения следующих задач:
В состав грузовой системы судна CNG входят:
Параметры грузовой системы будут в значительной мере определяться спецификой проекта морской транспортировки газа, для которого предполагается использовать судно CNG. Состав и параметры элементов грузовой системы будут зависеть в первую очередь от того, откуда будет загружаться на судно CNG природный газ и куда он будет выгружаться. Это может быть проиллюстрировано на следующем примере.
Для судна CNG, предназначенного для приема газа с оффшорных месторождений, будет необходима система комплексной подготовка газа в составе, аналогичном системам подготовки газа к загрузке в газопровод на береговых месторождениях. На судне также должна быть размещена система компримирования, «дожимающая» газ от пластового давления до штатного давления транспортировки.
Для судна CNG, предназначенного для приема газа от магистрального газопровода, комплексная подготовка газа не требуется, так как поступающий на судно природный газ будет изначально обладать требуемыми для транспортировки в баллонах-хранилищах параметрами. Автономная система компримирования газа на таком судне также может оказаться излишней, если и на загрузочном и на приемном терминале предполагается наличие компрессорных станций необходимой мощности.
Матрица условий использования судов CNG, определяющих в конечном итоге состав и параметры судовой грузовой системы, показана в таблице.
Матрица условий использования судов CNG
| Источник загружаемого газа | Давление на входе, МПа | Параметры газа (на входе) |
Потребитель газа | Скорость разгрузки газа, млн. м3/сут. |
| Морской добычной комплекс | 150 | Газ газовых месторождений | Газораспределительная сеть | 0,1 - 2,5 |
| Оффшорный терминал | 0,1 - 10,0 | |||
| Береговой терминал | 1,0 - 25,0 | |||
| Морской добычной комплекс | 150 | Газ газоконденсатных месторождений | Газораспределительная сеть | 0,1 - 2,5 |
| Оффшорный терминал | 0,1 - 10,0 | |||
| Береговой терминал | 1,0 - 25,0 | |||
| Морской добычной комплекс | 150 | Попутный нефтяной газ нефтяных месторождений | Газораспределительная сеть | 0,1 - 2,5 |
| Оффшорный терминал | 0,1 - 10,0 | |||
| Береговой терминал | 1,0 - 25,0 | |||
| Магистральный газопровод (без использования буферного хранилища газа) | 20 | По ОСТ 51.40.83 | Газораспределительная сеть | 0,1 - 2,5 |
| Оффшорный терминал | 0,1 - 10,0 | |||
| Береговой терминал | 1,0 - 25,0 | |||
| Магистральный газопровод (без использования буферного хранилища газа) | 250 | По ОСТ 51.40.83 | Газораспределительная сеть | 0,1 - 2,5 |
| Оффшорный терминал | 0,1 -10,0 | |||
| Береговой терминал | 1,0 - 25,0 |
Хранение и транспортировка газа, на разработанном компанией "Интари" проекте судна CNG, производятся при рабочем давлении 25,0 МПа в баллонах-газохранилищах, размещенных в семи грузовых трюмах судна CNG.
Баллоны-хранилища выполняются из стальных труб (марка стали - Х80, толщина стенки - 40 мм). По всей высоте внутри баллонов проходит продувочная трубка, через которую обеспечивается выполнение продувок баллонов (выдувание жидких фракций, накапливающихся в течение длительной эксплуатации баллонов) через установленный в системе специальный продувочный клапан. Для сбора продуктов продувки на судне предусмотрена специальная цистерна. В конструкции каждого баллона предусмотрен предохранительный клапан, отрегулированный на давление срабатывания 27,5 МПа.
Баллоны собираются в секции по 10 штук. Для каждой секции формируются самостоятельные крытые помещения, обеспечивающие герметичность при давлении до 0,2 кгс/см2. Для снижения температуры газа в процессе приемки проводится вентиляция помещений. В обеспечение требований безопасности во время транспортировки газа помещения заполняются нейтральным газом (азотом). Возможно рассмотрение варианта с постоянной вентиляцией помещений. Конструкция крыши помещения обеспечивает ее легкий отрыв в случае аварийного взрыва газа. Для исключения разрушения помещений в случае травления газа из баллонов-хранилищ в конструкции помещений предусмотрены автоматические самооткрывающиеся или предохранительные клапаны. В помещениях также установлены газоанализаторы, а на трубопроводах обвязки баллонов-газохранилищ - датчики давления газа. Информация о величине давления в баллонах-газохранилищах и об отсутствии газа в помещениях выводится на центральный пост управления системой.
Магистральный трубопровод подачи газа в баллоны прокладывается по ДП судна от носа и далее по верхней палубе через все семь грузовых отсеков судна.
Схемой системы предусматривается возможность выполнения всех операций дистанционно.
В системе установлены клапаны с электрическим приводом, обеспечивающие дистанционное управление подачей газа от STL, подключение на заполнение баллонов-газохранилищ, подключение в работу дожимных компрессоров и выполнение периодических продувок баллонов. Управление магистральными клапанами осуществляется с поста управления системой.
Управление клапанами подключения секций баллонов осуществляется с местных постов соответствующих грузовых отсеков. Клапаны подключения секций баллонов являются нормально-открытыми и закрываются только при возникновении нештатных ситуаций, требующих отключения какой-либо секции от общего запаса газа.
При строительстве судна баллоны устанавливаются посекционно. Для каждой секции и каждого баллона в секции обеспечивается возможность технического обслуживания, выполнения ремонтных работ или замены.
Принятые в проекте судна CNG компании "Интари" характеристики баллонов:
В настоящее время в РФ и странах СНГ нет освоенного производства толстостенных труб больших диаметров с продольным швом из низколегированных сталей категорий прочности Х80 и Х100. Закупка таких труб осуществляется у иностранных компаний Mannesman (Германия), ILVA (Италия), Nippon Steel (Япония), Sumitomo (Япония).
Рядом отечественных трубных заводов планируется или осваивается производство толстостенных труб большого диаметра с продольным швом из сталей Х80 и Х100. Так ОАО "Волжский трубный завод" запланирован выпуск опытной партии труб из сталей Х80 и Х100 диаметром 1020 мм с толщиной стенки 40-50 мм.
Осваивается производство толстостенных труб (толщина стенки до 40 мм) с диаметром до 1420 мм из сталей Х80 и Х100 "Харцызским трубным заводом" (Украина).
Осваиваемая длина отдельных труб – 12 м, что делает их удобными для изготовления из них баллонов длиной 24 м. Сортамент наружных диаметров осваиваемых отечественных труб: 1020, 1220, 1420 мм.
Задача изготовления из этих труб баллонов-хранилищ перед специализированными отечественными предприятиями до настоящего времени не ставилась. Однако, после освоения производства отечественных труб из стали Х80 эта задача представляется реализуемой.
Рабочая документация на баллоны хранилища газа может быть разработана ФГУП ВНИТИ трубной промышленности г. Москва либо КБ предполагаемого предприятия-изготовителя. Потенциальными изготовителями баллонов из труб Х80 могут быть ОАО "Первоуральский трубный завод" или ФГУП ПО "Баррикады" г. Волгоград.
В носовой части судна установлено два дожимных компрессора. Мощность каждого из компрессоров достаточна для загрузки/разгрузки судна за заданное время.
В настоящее время дожимные газотурбинные компрессоры с необходимыми параметрами давлений и производительностью отечественной промышленностью не выпускаются. Их выпуск освоен только рядом зарубежных фирм.
В результате проведенной поисковой работы выявлена возможность разработки и изготовления дожимного компрессора ОАО "Невский завод" (г. Санкт - Петербург) в кооперации с ОАО НПО "Сатурн" (г. Рыбинск) и рядом других предприятий, обеспечивающих изготовление и поставку комплектующих изделий.
ОАО "Невский завод" и ОАО НПО "Сатурн" была проведена укрупненная проработка возможности создания дожимного компрессора с газотурбинным приводом, исходя из следующих условий:
Оценки показали следующее. Ожидаемое повышение температуры при сжатии газа составит до 30-35 град. С (относительно температуры на входе). Предполагаемая мощность агрегата - около 4,0 МВт. Предполагаемое потребление электроэнергии – около 65 кВт. Охлаждение агрегата возможно забортной водой. Производительность агрегата будет обеспечивать подачу около 15 млн м3 газа за время не более 12 часов.
В системе должна устанавливаться дистанционно-управляемая арматура Ду100-Ду500. В качестве такой арматуры могут быть предложены краны шаровые, изготавливаемые в настоящее время для нужд газовой промышленности СП "Самараволгомаш". Краны могут комплектоваться как ручными, так и электрическими приводами. Рабочее давление 253 кгс/см2, температура проводимой среды до 190 град. С.
Подключение трубопроводов системы к устройству STL и к дожимным компрессорам предусмотрено производить с помощью гибких шлангов. Потенциальным отечественным разработчиком и поставщиком таких шлангов может быть ЗАО "Юкон-РТИ" (г. Казань), обеспечивающее в настоящее время поставки таких рукавов на давление до 250 кгс/см2 предприятиям нефтегазодобывающей промышленности. Может быть также рассмотрена возможность применения шлангов зарубежной поставки (например, аналогичных применяемым для подачи газа от скважины до STL).
Разработка системы автоматического и дистанционного управления может быть выполнена ФГУП НПО "Аврора" г. С-Петербург совместно с проектантом грузовой системы.
