Судно для транспортировки сжиженного газа

Изобретение относится к газодобывающей отрасли, а именно к плавсредствам для транспортировки сжиженного газа. Судно для транспортировки сжиженного газа собрано из секций, состоящих из подсекций, включающих секции резервуаров, заполняемых инертным газом, вырабатываемым судовой установкой, установленых в резервуарах емкостей для сжиженного газа, выполненных в виде баллонов, усиленных внешним покрытием и объединенных в кассеты с размещением их в термоизолированных съемных танках, снабженных трубопроводом для перекачки газа от загрузочно-разгрузочных буев. Баллоны и съемные танки выполнены из маломагнитной стали. Кассеты выполнены из газопенобетона, поверх которого установлены аноды электрохимической защиты. Внешняя поверхность съемных танков снабжена фторопластмассовой накладкой, внутри которой размещены пружины, расположенные в радиальном, аксиальном и тангенциальном направлениях и сочлененные между собой. Трубопровод для перекачки газа снабжен вертлюгом высокого давления. Элементы трубопровода, расположенные в съемном танке, размещены в массе газопенобетона. Обеспечивается транспортировка газа в районы с тяжелыми климатическими условиями. 5 ил.

 

Изобретение относится к газодобывающей отрасли, а именно к плавсредствам преимущественно для транспортировки сжиженного газа.

Известны плавсредства для транспортировки нефти и газа, представляющие собой челночные и линейные танкеры, в том числе и с ледовыми подкреплениями [1, 2], выполненные с двойным дном, двойными бортами и цистернами изолированного балласта [3]. Для перевозки газа, сжиженного повышением давления, применяют вкладные грузовые танки, изготовленные из углеродистой стали, с расчетным давлением не более 2 МПа, которые размещают как на палубе, так и в трюмах на специальных фундаментах. На газовозах с комбинированным способом сжижения газа вкладные танки термоизолируются и устанавливаются только в трюмах. При этом материал танков для газа с температурой сжижения 223 К - термообработанная мелкозернистая нелегированная сталь, материал танков для газа с температурой сжижения 218 К и ниже - алюминиевые сплавы [4], стали, легированные никелем и хромом, специальные сплавы - инвар, содержащий 36% никеля, а газ, сжиженный при атмосферном давлении, перевозится в термоизолированных вкладных и мембранных или полумембранных танках. При этом мембрана представляет собой тонкую металлическую оболочку, опирающуюся через несущую изоляцию на внутреннюю обшивку корпуса.

Вкладные танки имеют различную форму, включая сферическую, цилиндрическую и призматическую. Для перевозки газа с температурой ниже 236 К танки оборудуются вторичной непрерывной преградой, служащей временной емкостью для вытекшего груза. При перевозке воспламеняющихся газов трюмное пространство вокруг оболочки танков заполняется инертным газом, хранящимся в емкостях или вырабатываемым судовой установкой. Для обеспечения безопасности газовозы оборудуются приборами измерения температуры груза и корпуса судна, давления, уровня заполнения танков, газоанализаторами и датчиками пожарной сигнализации. При этом датчики контроля должны представлять собой токонепроводящие инструменты (Технические условия морской перевозки газового конденсата наливом. РД 31.11.31.42-83, с.367).

В известном устройстве [2] танки изготовлены из бетона и снабжены трубопроводом и дополнительными боковыми танками, которые в своей верхней части полностью или частично заполнены твердым постоянным балластом.

В известных конструкциях плавсредств для транспортировки сжиженного газа грузовые танки изготовлены из углеродистой стали или алюминиевых сплавов. При сварке таких конструкций необходимо обеспечить требование стандартов по ударной вязкости как для самого материала, так и для сварных швов. Ввиду того, что для постройки танкеров необходимо изготовить существенное количество панелей, собрать их секциями среднего и крупного размеров и, наконец, в доке из крупных секций собрать корпус танкера, то обеспечение высокой ударной вязкости по всему периметру сварных швов является весьма трудоемкой задачей. Для предотвращения уменьшения ударной вязкости в зоне термического влияния лимитируют величину тепловложения и температуру между проходами, что существенно увеличивает длительность сварочных работ.

Кроме того, использование материалов, имеющих разный химический состав, для сварки танков и корпуса с учетом наводок химического и электрического происхождения в период эксплуатации плавсредств по прямому назначению является предпосылкой для возникновения электрохимической коррозии, что может привести к негативным последствиям.

В известном устройстве [5], предназначенном для перевозки сжиженного газа, выявленные недостатки исключены путем сварки подсекций и секций, образующих танки и в конечном итоге корпус плавсредства из хладостойкой стали, содержащей небольшое количество легирующих элементов и имеющей относительно низкий эквивалент углерода, что не требует предварительного подогрева при выполнении сварочных работ. Однако для сохранения высокой низкотемпературной ударной вязкости необходимо строго выдерживать величину тепловложения, так как в противном случае микроструктура и вязкость могут понизиться по одной из двух причин. При слишком малом тепловложении в результате относительно быстрого остывания шва может образоваться бейнит или мартенсит. При большом тепловложении зерна граничного феррита могут появиться за счет игольчатого феррита с более выраженным вредным влиянием на вязкость.

Кроме того, в данном устройстве применены два типа материалов, имеющих сравнительно близкий структурный состав, но отличающихся по химическому составу, что может явиться предпосылкой возникновения электрохимической коррозии в период эксплуатации плавсредства по прямому назначению.

Известны также конструкции газовозов [6], в которых используют баллоны, свариваемые их двух прямошовных труб из стали Х-80 внутренним диаметром 1 м. Баллоны объединяются в кассеты по 8 штук и устанавливаются в огнестойкий кожух, выполненный из легких огнестойких виброударопрочных композиционных материалов, или используют баллоны катушечного типа, представляющие собой намотанную на катушку трубу длиной 15,8 км, с внешним диаметром трубы 168,3 мм. При этом количество рядов труб в катушке составляет 24 ряда. Катушки объединяются в многоярусный резервуар. Так в известной конструкции из катушечных баллонов типа Coselle резервуар состоит из 5 ярусов и его вес составляет 200 т. Так на танкере типа CNG/PNG компании Cran and Stening баллоны катушечного типа в количестве 108 штук сгруппированы в 18 катушечных резервуаров. Однако практическая реализация катушечных резервуаров требует решения широкого круга технологических проблем, связанных с анализом напряжений и деформаций катушки, в том числе нагрузки от собственного веса, анализом распределения давления и температуры газа в катушке, учетом нагрузок, связанных с температурным расширением, учетом напряжений при намотке (овальность, раскручивание, изменения толщины стенки, боковое давление, пересечения, остаточные напряжения), анализом и учетом металлургических дефектов, анализом комбинаций напряжений и граничных состояний. Кроме того, необходимо также учитывать особенности гидравлических режимов эксплуатации катушечных резервуаров, включая учет ограничений на состав газа (коррозия труб, влияние ассоциированных газов), анализ динамических процессов загрузки и разгрузки.

Общим недостатком известных устройств является то, что постройка специализированного судна связана с существенными материальными затратами и окупаемость такого судна напрямую связана с наличием долгосрочных поставок газа между поставщиком и потребителем газа, а также ритмичностью поставок, обусловленной навигационными условиями. И если в южных широтах эксплуатация специализированных газовозов экономически оправдана, то в северных широтах и особенно в условиях Крайнего Севера рентабельность таких судов будет невысока.

Задачей заявляемого технического решения является снижение материальных затрат при морской транспортировке сжиженного газа преимущественно из районов Крайнего Севера.

Поставленная задача решается за счет того, что судно для транспортировки сжиженного газа, собранное из секций, состоящих из подсекций, включающих секции резервуаров, заполняемых инертным газом, вырабатываемым судовой установкой, установленных в резервуарах емкостей для сжиженного газа, выполненных в виде баллонов, усиленных внешним покрытием и объединенных в кассеты с размещением их в термоизолированных съемных танках, снабженных трубопроводом для перекачки газа от загрузочно-разгрузочных буев, в котором баллоны и съемные танки выполнены из маломагнитной стали, кассеты выполнены из газопенобетона, поверх которого установлены аноды электрохимической защиты, внешняя поверхность съемных танков снабжена фторопластмассовой накладкой, внутри которой размещены пружины, расположенные в радиальном, аксиальном и тангенциальном направлениях и сочлененные между собой, трубопровод для перекачки газа снабжен вертлюгом высокого давления, элементы трубопровода, расположенные в съемном танке, размещены в массе газопенобетона.

Выполнение баллонов и съемных танков из маломагнитной стали обеспечивает повышение ударной вязкости конструктивных элементов плавсредства для перевозки сжиженного газа в 3-4 раза. По сравнению с аналогами и прототипом существенно повышаются такие характеристики, как предел прочности с 255 до 650 МПа, относительное удлинение от 24 до 30% и более, ударная вязкость с 24 до 100 Дж/см.

Кроме того, выполнение баллонов и съемных танков из однородного по химическому составу материала существенно снижает вероятность проявления электрохимической коррозии.

Размещение на внешней поверхности основания съемных танков фторопластмассовой накладки, внутри которой размещены пружины, расположенные в радиальном, аксиальном и тангенциальном направлениях и сочлененные между собой, позволяет повысить степень абразивного истирания при многократных погрузочно-разгрузочных операциях, а также сопротивление судовой вибрации и исключить необходимость изготовления фундамента под установку съемных танков.

Выполнение кассет из газопенобетона с размещением на его поверхности анодов электрохимической защиты повышает степень внутренней изоляции и снижает вероятность образования электрохимических пар, наличие которых может привести к ускоренному коррозийному разрушению. Кроме того, выполнение кассет из газопенобетона с размещением в нем элементов трубопровода, расположенного в танке, уменьшает воздействие судовой вибрации.

Снабжение трубопровода для перекачки газа вертлюгом высокого давления обеспечивает надежную стыковку с рейзером, загрузочно-разгрузочными терминалами и буями, а также обеспечивает погрузку и разгрузку судов не только на специально оборудованных терминалах, но и на беспричальных буйковых терминалах типа BTL (буи, находящиеся на поверхности воды), STL и SAL (буи, находящиеся в притопленном состоянии) и позволяет обеспечить транспортировку газа в районах с тяжелыми климатическими условиями, которые характерны для удаленных офшорных месторождений газа (регион Крайнего Севера), исключить влияние ограничений на разгрузку в портах около основных населенных и индустриальных центров, а также уменьшить риск для населенных центров за счет разгрузки сжатого газа на офшорных терминалах или на внешнем рейде с использованием судовых подъемных средств.

Использование съемных танков позволяет использовать данное судно после разгрузки для транспортировки других грузов, при следовании судна в обратном направлении, в сторону месторождения.

Новые отличительные признаки заявляемого технического решения, заключающиеся в выполнении баллонов и съемных танков судна для перевозки сжиженных газов из маломагнитной стали, кассет из газопенобетона с размещением на их поверхности анодов электрохимической защиты, снабжении внешней поверхности основания съемных танков фторопластмассовой накладкой, внутри которой размещены пружины, расположенные в радиальном, аксиальном и тангенциальном направлениях, сочлененные между собой, снабжении трубопровода съемных танков вертлюгом высокого давления для стыковки с загрузочно-разгрузочными буями и размещении элементов трубопровода, расположенного в танке, в массе газопенобетона, из известного уровня техники не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами.

Фиг.1. Схема судна для перевозки сжиженного газа. На схеме показаны: корпус 1 судна, секции 2, подсекции 3 и элементы 4, образующие защитный барьер, съемные танки 5.

Фиг.2. Схема съемного танка. Съемный танк 5 включает корпус 6, фторопластмассовую накладку 7, герметичную крышку 8, полки 9, направляющие ребра 10.

Фиг.3. Фторопластмассовая накладка 7 включает фторопластмассовую поверхность 11, внутри которой расположены пружины 12.

Фиг.4. Кассеты с баллонами. В кассетах 13 расположены баллоны 14, трубопровод 15 с вертлюгом высокого давления 16.

Фиг.5. Схема вертлюга высокого давления 16.

Танки 5 и баллоны 14 изготавливают из маломагнитной стали, например, типа НС-5 Т, представляющей собой листовой прокат толщиной от 1 до 40 мм, имеющей следующие характеристики:

- магнитная проницаемость более 1,01 м;

- предел текучести более 400 МПа;

- предел прочности более 650 МПа;

- относительное удлинение более 30%;

- относительное сужение более 50%;

- ударная вязкость более 100 Дж/см.

Изготовление танков 5 и баллонов 14 из маломагнитной стали обеспечивает требуемую микроструктуру наплавленного металла и соответственно высокую ударную вязкость. При этом могут быть использованы практически любые сварочные электроды с низким влагопоглощением и любые сварочные процессы (ручные, механизированные, полуавтоматические).

Корпус 1, секции 2, подсекции 3 и элементы 4, образующие защитный барьер, представляют собой резервуар (трюм), в который устанавливаются танки 5 посредством портальных или судовых подъемных устройств.

Танки 5 представляют собой изолированный контейнер с герметичной крышкой, снабженный направляющими ребрами и полками для установки кассет с баллонами. При этом размеры полок уменьшаются от днища судна до палубы, что позволяет устанавливать кассеты с баллонами ярусами с образованием многоярусного танка и исключить давление верхних кассет на нижние, а также обеспечить более полное заполнение трюма инертным газом.

Внешняя поверхность основания танков 5 снабжена фторопластмассовой накладкой 7, которая включает фторопластмассовую поверхность 11, внутри которой расположены пружины 12, расположенные в радиальном, аксиальном и тангенциальном направлениях и сочлененные между собой.

Баллоны 14 изготовлены из маломагнитной стали и представляют собой трубу с двумя заглушками. Баллоны 14 с внешней стороны усилены слоистым покрытием, которое формируется за счет специальной намотки на поверхность стального баллона стекловолокна с последующей пропиткой его резиновой мастикой марок UN1A1, UN1A2. Внутренний диаметр баллона 1,0 м, высота 10,0 м. Баллоны 14 устанавливаются в кассеты 13 по 12 штук.

Кассеты 13 выполнены из газопенобетона, на поверхности которого размещены аноды электрохимической защиты. Кассеты 8 представляют собой конструкцию, выполненную в форме ячеек, в которые устанавливаются баллоны 14.

Трубопровод 15 служит для перекачки газа во время погрузочно-разгрузочных работ. Вертлюг высокого давления 16 обеспечивает стыковку с рейзером внешних загрузочно-разгрузочных устройств. Элементы трубопровода 15, расположенные внутри танка 5, размещены внутри массы газопенобетона, как и баллоны 14, что позволяет уменьшить влияние судовой вибрации на элементы трубопровода.

Трубопровод 15 также сочленен с судовой компрессорной станцией.

Типоразмеры танков, кассет и баллонов могут быть выбраны в соответствии с габаритами трюмов судна, находящегося в эксплуатации, с учетом требований стандарта на строительство морских трубопроводов OS-F 101.

Практическая реализация заявляемого технического решения промышленной сложности не представляет, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Источники информации.

1. Морские транспортные системы для вывоза нефти арктических месторождений / Ю.Симонов, В.Минин, Ю.Поляков, А.Пинский // Технологии ТЭК, №1, 2004, с.2.

2. Патент РФ №2203197.

3. Правила постройки судов. Л., Регистр СССР, 1989, с.32-33.

4. Судно с алюминиевыми сферическими танками для перевозки природного сжиженного газа / Navigator (Международный морской журнал), спецвыпуск, 1997, с.1, с.14.

5. Сварка емкостей танкеров для перевозки сжиженного газа методом ЭСАБ / "Svetsaren", том 58, №1, 2003, с.1-8.

6. CNG Final Report. Rev 9.2. doc. E-mail: [e-mail].

Судно для транспортировки сжиженного газа, собранное из секций, состоящих из подсекций, включающих секции резервуаров, заполняемых инертным газом, вырабатываемым судовой установкой, установленных в резервуарах емкостей для сжиженного газа, выполненных в виде баллонов, усиленных внешним покрытием и объединенных в кассеты с размещением их в термоизолированных съемных танках, снабженных трубопроводом для перекачки газа от загрузочно-разгрузочных буев, отличающееся тем, что баллоны и съемные танки выполнены из маломагнитной стали, кассеты выполнены из газопенобетона, поверх которого установлены аноды электрохимической защиты, внешняя поверхность съемных танков снабжена фторопластмассовой накладкой, внутри которой размещены пружины, расположенные в радиальном, аксиальном и тангенциальном направлениях и сочлененные между собой, трубопровод для перекачки газа снабжен вертлюгом высокого давления, элементы трубопровода, расположенные в съемном танке, размещены в массе газопенобетона.