Танкер- газовоз — танкер , предназначенный для перевозки сжиженного природного газа (СПГ).
Первым в мире океанским танкером для сжиженного природного газа стал Mthan Pioneer , вошедший в строй в 1959 году, грузоподъемностью 5500 кубических метров (190 000 куб. футов). [1] С тех пор строились танкеры СПГ все большего размера, что привело к появлению сегодняшнего флота, где по всему миру курсируют гигантские суда СПГ Q-Max , каждый из которых может перевозить до 266 000 м 3 (9 400 000 куб. футов).
Бум добычи природного газа в США стал возможен благодаря гидроразрыву пласта («разрыв пласта»), что привело к значительному росту добычи природного газа с 2010 года . [2] Первый объект по экспорту СПГ в США был завершен в 2016 году, за ним последовали другие. [3] Увеличение поставок природного газа в США и экспортных мощностей увеличили спрос на танкеры СПГ для перевозки СПГ по всему миру. [4]
Вторжение России в Украину в 2022 году резко увеличило спрос на поставки СПГ по всему миру. Поставки из США в Европу увеличились более чем вдвое в 2022 году, до 2,7 триллиона кубических футов. [5]
Первый танкер-газовоз СПГ Mthan Pioneer (5034 дедвейта ) грузоподъемностью 5500 кубических метров (190 000 куб. футов), классифицированный Bureau Veritas, вышел из реки Кальказье на побережье Луизианского залива 25 января 1959 года. Перевозя первую в мире океанскую партию СПГ, он отплыл. в Великобританию, куда был доставлен груз. [1] Успех специально модифицированного стандартного корабля типа C1-M-AV1 « Нормарти» , переименованного в «Метан Пионер» , побудил Газовый совет и компанию «Конч Интернешнл Метан Лтд.» заказать строительство двух специально построенных газовозов СПГ: « Метан Принцесса» и «Метан Прогресс». . Суда были оснащены независимыми алюминиевыми грузовыми танками Conch и поступили на торговлю СПГ в Алжире в 1964 году. Эти суда имели вместимость 27 000 кубических метров (950 000 кубических футов).
В конце 1960-х годов появилась возможность экспортировать СПГ с Аляски в Японию , а в 1969 году была начата торговля с TEPCO и Tokyo Gas . Два корабля, «Полярная Аляска» и «Арктический Токио» , каждый вместимостью 71 500 кубических метров (2 520 000 куб. футов), были построены в Швеции. В начале 1970-х годов правительство США поощряло верфи США строить танкеры СПГ, и в общей сложности было построено 16 судов СПГ. В конце 1970-х и начале 1980-х годов появилась перспектива строительства арктических судов СПГ, и ряд проектов находился в стадии изучения.
С увеличением грузоподъемности примерно до 143 000 кубических метров (5 000 000 кубических футов) стоимостью 250 миллионов долларов [6] были разработаны новые конструкции резервуаров, от Мосса Розенберга до Technigaz Mark III и Gaztransport No.96.
Размер и вместимость танкеров СПГ значительно увеличились [7] до 170 000 кубических метров (6 000 000 кубических футов). Судно может стоить 200 миллионов долларов. [6]
С 2005 года Qatargas является пионером в разработке двух новых классов газовозов СПГ, получивших название Q-Flex и Q-Max . Каждое судно имеет грузовместимость от 210 000 до 266 000 кубических метров (от 7 400 000 до 9 400 000 кубических футов) и оборудовано установкой по повторному сжижению газа.
Сегодня [ когда? ] мы видим интерес к малотоннажным бункеровщикам СПГ. Некоторым приходится оставаться под спасательными плотами круизных лайнеров и судов Ropax. Примерами являются Damen LGC 3000 [8] и Seagas.
К 2005 году всего было построено 203 судна, из которых 193 все еще находились в эксплуатации. По итогам 2016 года мировой флот по транспортировке СПГ насчитывал 439 судов. [9] В 2017 году, по оценкам, одновременно использовалось 170 судов. [10] По состоянию на конец 2018 года мировой флот насчитывал около 550 судов. [11]
В 2021–2022 годах поставки СПГ из США в Европу могут принести прибыль в размере $133–200 млн. Стоимость доставки составляла 100 000 долларов в день [12] даже для 5-летних контрактов, но могла варьироваться от 60 000 до 250 000 долларов. [13]
В 2021 году заказано 90 новых газовозов-СПГ. [15] К 2022 году высокий спрос сместил поставки новых заказов на 2027 год. [13]
В ноябре 2018 года южнокорейские судостроители заключили трехлетние контракты на крупномасштабные перевозки СПГ – более 50 заказов – на сумму 9 миллиардов долларов. В 2018 году южнокорейские строители получили 78% контрактов на строительство судов, связанных с СПГ, при этом 14% достались японским строителям, а 8% достались китайским строителям. Новые контракты позволят увеличить мировой парк СПГ на 10%. Исторически сложилось так, что около двух третей мирового флота построено южнокорейцами, 22% — японцами, 7% — китайцами, а остальная часть построена совместно Францией, Испанией и США. Успех Южной Кореи обусловлен инновациями и ценами; Южнокорейские строители представили первые суда СПГ ледокольного типа, а южнокорейские строители добились успеха в удовлетворении растущего предпочтения клиентов к судам Q-max по сравнению с судами типа Moss. [16]
В 2018 году южнокорейская верфь Hyundai Mipo Dockyard (HMD) поставила первый в мире балкер, работающий на СПГ. Он имеет самую большую в мире мощность - 50 000 тонн дедвейта. [17]
По данным SIGTTO, в 2019 году было заказано 154 газовоза СПГ, а действующих — 584. [18]
В 2017 году компания Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering поставила ледокольный танкер-газовоз-газовоз дедвейтом 80 200 тонн « Кристоф де Маржери» . Ее мощность 172 600 м 3 (6 100 000 куб. футов) — это потребление Швеции за месяц. [19] Она завершила свой первый коммерческий рейс из Норвегии по Северному морскому пути в Северном Ледовитом океане в Южную Корею. [20] На верфи заказано еще четырнадцать судов. [21]
В случае небольших газовозов СПГ (газовозы объемом менее 40 000 м 3 (1 400 000 куб. футов)), оптимальный размер судна определяется проектом, для которого оно построено, с учетом объема, назначения и характеристик судна. [22]
Список малых строителей танкеров СПГ:
Типичный газовоз СПГ имеет от четырех до шести резервуаров, расположенных вдоль осевой линии судна. Танки окружены балластными цистернами , коффердамами и пустотами; по сути, это дает судну конструкцию с двойным корпусом.
Танкеры-газовозы, как и авианосцы, являются одними из самых сложных в постройке судов, строительство которых занимает до 30 месяцев. [23]
Внутри каждого резервуара обычно имеется три погружных насоса. Есть два основных грузовых насоса, которые используются при разгрузке грузов, и насос гораздо меньшего размера, который называется распылительным насосом. Распылительный насос используется либо для откачки жидкого СПГ для использования в качестве топлива (через испаритель), либо для охлаждения грузовых танков. Его также можно использовать для «вытаскивания» остатков груза при разгрузочных операциях. Все эти насосы расположены внутри так называемой насосной башни, которая свисает с верхней части резервуара и проходит по всей глубине резервуара. Насосная башня также содержит систему измерения уровня резервуара и линию наполнения резервуара, которые расположены вблизи дна резервуара.
В сосудах мембранного типа имеется также пустая труба с подпружиненным обратным клапаном, который можно открыть под действием веса или давления. Это аварийная насосная башня. В случае выхода из строя обоих основных грузовых насосов верхнюю часть этой трубы можно снять и аварийный грузовой насос опустить в нижнюю часть трубы. Верхняя часть устанавливается на колонну, а затем насосу разрешается нажать на нижний клапан и открыть его. Затем груз можно будет откачать.
Все грузовые насосы сбрасывают воду в общий трубопровод, проходящий по палубе судна; он ответвляется по обе стороны судна к грузовым коллекторам, которые используются для погрузки или разгрузки.
Все паровые пространства грузовых танков соединены паросборником, который проходит параллельно грузовому коллектору. Он также имеет соединения с бортами корабля рядом с погрузочно-разгрузочными коллекторами.
Типичный грузовой цикл начинается с того, что танки находятся в «безгазовом» состоянии, то есть танки заполнены воздухом, что позволяет проводить техническое обслуживание танка и насосов. Груз нельзя загружать непосредственно в резервуар, так как присутствие кислорода создаст взрывоопасную атмосферу внутри резервуара, а быстрое изменение температуры, вызванное загрузкой СПГ при температуре -162 °C (-260 °F), может привести к повреждению резервуаров.
Во-первых, резервуар должен быть «инертизирован», чтобы исключить риск взрыва. Установка инертного газа сжигает дизельное топливо в воздухе для получения смеси газов (обычно менее 5% O2 и около 13% CO2 плюс N2 ) . Его вдувают в резервуары до тех пор, пока уровень кислорода не станет ниже 4%.
Затем судно заходит в порт для «заправки газом» и «охлаждения», поскольку загрузка непосредственно в резервуар по-прежнему невозможна: CO 2 замерзнет и повредит насосы, а холодный шок может повредить насосную колонну резервуара.
СПГ подается в резервуар и по линии распыления поступает в главный испаритель, в котором жидкость выпаривается в газ. Затем его нагревают примерно до 20 ° C (68 ° F) в газовых нагревателях, а затем вдувают в резервуары для вытеснения «инертного газа». Это продолжается до тех пор, пока весь CO 2 не будет удален из резервуаров. Первоначально ИГ (инертный газ) выбрасывается в атмосферу. Как только содержание углеводородов достигнет 5% (нижний предел воспламеняемости метана), инертный газ перенаправляется на берег по трубопроводу и коллекторному соединению с помощью компрессоров HD (высокомощных). Береговой терминал затем сжигает этот пар, чтобы избежать опасности присутствия большого количества углеводородов, которые могут взорваться.
Сейчас судно загазовано и тепло. Резервуары все еще имеют температуру окружающей среды и полны метана.
Следующий этап – охлаждение. СПГ распыляется в резервуары через распылительные головки, который испаряется и начинает охлаждать резервуар. Избыточный газ снова выбрасывается на берег для повторного сжижения или сжигания на факельной трубе . Как только резервуары достигнут температуры около -140 °C (-220 °F), резервуары готовы к массовой загрузке.
Начинается наливная погрузка, и жидкий СПГ перекачивается из резервуаров для хранения на берегу в танки судна. Вытесненный газ выбрасывается на берег компрессорами HD. Погрузка продолжается до тех пор, пока обычно не будет достигнута загрузка на 98,5% (чтобы обеспечить тепловое расширение/сжатие груза).
Теперь судно может следовать к порту разгрузки. Во время прохождения можно использовать различные стратегии управления выкипанием. Отпарный газ можно сжигать в котлах для обеспечения движения или повторно сжижать и возвращать в грузовые танки, в зависимости от конструкции судна.
По прибытии в порт выгрузки груз перекачивается на берег с помощью грузовых насосов. По мере опорожнения танка паровое пространство заполняется либо газом с берега, либо испарением некоторого количества груза в грузовом испарителе. Либо судно можно откачать насколько возможно, причем последнее откачивать распылительными насосами, либо оставить часть груза на борту в качестве "пятки".
Обычной практикой является хранение на борту от 5% до 10% [ нужна ссылка ] груза после выгрузки в один танк. Это называется «пяткой» и используется для охлаждения оставшихся резервуаров, у которых нет «пятки», перед загрузкой. Это необходимо делать постепенно, иначе резервуары будут подвергнуты холодовому шоку, если их загрузить непосредственно в теплые резервуары. Охлаждение может занять примерно 20 [24] часов на судне Мосса (и 10–12 часов на судне мембранного типа), поэтому наличие пятки позволяет выполнить охлаждение до того, как судно достигнет порта, что существенно экономит время.
Если весь груз выкачать на берег, то на балластном переходе цистерны прогреются до температуры окружающей среды, вернув судно в загазованное и теплое состояние. Затем сосуд можно снова охладить для загрузки.
Если судно должно вернуться в безгазовое состояние, танки необходимо прогреть с помощью газовых нагревателей для циркуляции теплого газа. После прогрева резервуаров установка инертного газа используется для удаления метана из резервуаров. Как только в резервуарах нет метана, установка инертного газа переключается на производство сухого воздуха, который используется для удаления всего инертного газа из резервуаров до тех пор, пока в них не будет создана безопасная рабочая атмосфера.
Транспортировка природного газа как в виде СПГ, так и по трубопроводам приводит к выбросам парниковых газов, но по-разному. Что касается трубопроводов, то большая часть выбросов связана с производством стальных труб; в случае СПГ большая часть выбросов связана с сжижением. Как для трубопроводов, так и для СПГ, движение вызывает дополнительные выбросы (повышение давления в трубопроводе, движение танкера СПГ). [7]
Сегодня на новых судах используются четыре системы защитной оболочки. Две конструкции относятся к самонесущему типу, а две другие – к мембранному типу, патенты на сегодняшний день принадлежат компании « Газтранспорт и Технигаз» (ГТТ).
Существует тенденция к использованию двух разных типов мембран вместо самонесущих систем хранения. Скорее всего, это связано с тем, что призматические мембранные танки более эффективно используют форму корпуса и, следовательно, имеют меньше свободного пространства между грузовыми и балластными танками. В результате конструкция типа Мосса по сравнению с мембранной конструкцией равной пропускной способности будет намного дороже для транзита через Суэцкий канал . Однако самонесущие резервуары более прочны и обладают большей устойчивостью к выплескивающим силам, и, возможно, в будущем их можно будет рассмотреть для морского хранения, где плохая погода будет существенным фактором.
Сферические резервуары для СПГ IMO типа B, названные в честь норвежской компании Moss Maritime, которая их разработала, имеют сферическую форму. Большинство судов типа «Мосс» имеют четыре или пять танков.
Снаружи резервуары покрыты толстым слоем пенопласта, который либо крепится в виде панелей, либо имеет более современные конструкции, намотанные вокруг резервуара. Поверх этой изоляции находится тонкий слой фольги, который позволяет сохранять изоляцию сухой в атмосфере азота. Эта атмосфера постоянно проверяется на наличие метана, который может указывать на утечку резервуара. Кроме того, наружная часть резервуара проверяется каждые три месяца на наличие холодных пятен, которые могут указывать на повреждение изоляции.
Танк поддерживается по окружности экваториальным кольцом, которое поддерживается большой круглой юбкой, известной как информационная пара, которая представляет собой уникальное сочетание алюминия и стали, которое переносит вес танка на конструкцию корабля. Эта юбка позволяет резервуару расширяться и сжиматься во время охлаждения и прогрева. Во время охлаждения или прогрева резервуар может расширяться или сжиматься примерно на 60 см (24 дюйма). Из-за этого расширения и сжатия все трубопроводы, идущие в резервуар, проходят сверху и соединяются с судовыми трубопроводами через гибкие сильфоны.
Внутри каждого бака имеется набор распылительных головок. Эти головки установлены вокруг экваториального кольца и используются для распыления СПГ на стенки резервуара для снижения температуры.
Резервуары обычно имеют рабочее давление до 22 кПа (3,2 фунта на квадратный дюйм), но для аварийного сброса оно может быть повышено. Если оба главных насоса выходят из строя, чтобы удалить груз, предохранительные клапаны танка настраиваются на подъем при давлении 100 кПа (1 бар). Затем линия наполнения, идущая до дна танка, открывается вместе с линиями наполнения других танков на борту. Затем давление в танке повышается с помощью неисправных насосов, которые выталкивают груз в другие танки, где его можно откачать. [25]
Самонесущий призматический танк типа B (SPB) , разработанный компанией Ishikawajima-Harima Heavy Industries, в настоящее время используется только на двух судах. Резервуары типа B уменьшают проблемы с выплескиванием, что является улучшением по сравнению с мембранными танками-перевозчиками СПГ, которые могут сломаться из-за удара о выплескивание и, следовательно, разрушить корпус корабля. Это также имеет первостепенное значение для FPSO LNG (или FLNG).
Кроме того, резервуары для СПГ IMO типа B могут получить внутренние случайные повреждения, например, в результате утечки внутреннего оборудования. Это было включено в проект после нескольких инцидентов, произошедших внутри мембранных резервуаров СПГ. [ нужна цитата ]
Эти резервуары, разработанные компанией Technigaz , относятся к мембранному типу. Мембрана изготовлена из нержавеющей стали с «вафлями» для поглощения теплового сжатия при охлаждении резервуара. Основной барьер, изготовленный из гофрированной нержавеющей стали толщиной около 1,2 мм (0,047 дюйма), находится в непосредственном контакте с грузовой жидкостью (или паром в пустом танке). За этим следует первичная изоляция, которая, в свою очередь, покрыта вторичным барьером из материала, называемого «триплекс», который по сути представляет собой металлическую фольгу, зажатую между листами стекловаты и сжатую вместе. Он снова покрыт вторичной изоляцией, которая, в свою очередь, поддерживается конструкцией корпуса корабля снаружи. [26] [27]
Изнутри резервуара наружу слои:
Резервуары, разработанные «Газтранспортом» , состоят из первичной и вторичной тонкой мембраны, изготовленной из материала инвар , практически не имеющего термического сжатия. Изоляция изготовлена из фанерных коробов, заполненных перлитом и постоянно продуваемых азотом. Целостность обеих мембран постоянно контролируется путем обнаружения углеводородов в азоте. Эволюцию предлагает NG2 с заменой азота аргоном в качестве продувочного инертного и изоляционного газа. Аргон обладает лучшей изоляционной способностью, чем азот, что позволяет сэкономить 10% выпарного газа. [27] [28]
CS1 означает «Комбинированная система номер один». Он был разработан объединенными компаниями «Газтранспорт» и «Технигаз» и состоит из лучших компонентов систем MkIII и No96. Первичный барьер изготовлен из инвара толщиной 0,7 мм (0,028 дюйма), вторичный – из триплекса. Первичная и вторичная изоляция состоит из панелей из пенополиуретана.
Три судна с технологией CS1 были построены [ когда? ] на одной верфи, но существующие верфи решили сохранить производство MKIII и NO96. [ нужна цитата ]
Чтобы облегчить транспортировку, природный газ охлаждают примерно до -163 ° C (-261 ° F) при атмосферном давлении, после чего газ конденсируется в жидкость. Резервуары на борту танкера СПГ эффективно функционируют как гигантские термосы , сохраняющие сжиженный газ холодным во время хранения. Однако изоляция не является идеальной, поэтому во время плавания жидкость постоянно кипит.
По данным WGI, во время обычного рейса примерно 0,1–0,25% груза ежедневно превращается в газ, в зависимости от эффективности изоляции и сложности рейса. [29] [30] В типичном 20-дневном рейсе может быть потеряно от 2 до 6% от общего объема первоначально загруженного СПГ. [29]
Обычно [ по мнению кого? ] танкер СПГ приводится в движение паровыми турбинами с котлами. Эти котлы являются двухтопливными и могут работать как на метане, так и на нефти или на их комбинации.
Газ, образующийся при выпаривании, традиционно направляется в котлы и используется в качестве топлива для судна. Прежде чем этот газ будет использоваться в котлах, его необходимо нагреть примерно до 20 °C с помощью газовых нагревателей. Газ либо подается в котел под давлением в резервуаре, либо его давление повышается с помощью компрессоров малой мощности [ необходимы пояснения ] .
На каком топливе работает судно, зависит от многих факторов, включая продолжительность рейса, желание нести пятку для охлаждения, цену на нефть по сравнению с ценой на СПГ, а также требования порта к более чистым выхлопам .
Доступны три основных режима: [ нужна ссылка ]
Минимальное выкипание/максимум масла : в этом режиме давление в баке поддерживается высоким, чтобы свести выкипание к минимуму, а большая часть энергии поступает из мазута. Это максимизирует количество подаваемого СПГ, но позволяет температуре в резервуаре повышаться из-за отсутствия испарения. Высокие температуры груза могут вызвать проблемы при хранении и разгрузке.
Максимальное выкипание/минимум масла : В этом режиме давление в баке поддерживается низким, и выкипание выше, но по-прежнему используется большое количество мазута. Это уменьшит количество поставляемого СПГ, но груз будет доставляться холодным, что предпочитают многие порты.
100% газ : Давление в резервуарах поддерживается на уровне максимального кипения, но, поскольку этого может быть недостаточно для обеспечения всех потребностей котлов, необходимо «принудить» к испарению дополнительного СПГ. Небольшой насос в одном резервуаре подает СПГ в нагнетательный испаритель, где он нагревается и испаряется обратно в газ, который можно использовать в котлах. В этом режиме мазут не используется.
Недавние [ когда? ] достижения в области технологий установки на суда для повторного сжижения, позволяющие повторно сжижать выпарные газы и возвращать их в резервуары. Благодаря этому операторы и строители судов смогли рассмотреть возможность использования более эффективных тихоходных дизельных двигателей (ранее большинство газовозов СПГ имели паровые турбины ). Исключением являются газовоз СПГ Havfru (построенный как Venator в 1973 году), который изначально имел двухтопливные дизельные двигатели, и его аналог Century (построенный как Lucian в 1974 году), также построенный с двухтопливными газовыми турбинами, а затем переоборудованный в дизельный двигатель. система в 1982 году .
В настоящее время в эксплуатации находятся суда, использующие двух- или трехтопливные дизель-электрические системы, соответственно DFDE/TFDE [31] .
В последнее время появился интерес к возвращению к использованию отпарного газа. Это результат постановления ИМО 2020 года о борьбе с загрязнением окружающей среды, которое запрещает использование судового мазута с содержанием серы более 0,5% на судах, не оборудованных установками для очистки дымовых газов. Нехватка места и проблемы безопасности обычно препятствуют установке такого оборудования на танкеры СПГ, вынуждая их отказываться от использования более дешевого мазута с высоким содержанием серы и переходить на топливо с низким содержанием серы, которое стоит дороже и поставляется в более короткие сроки. В этих обстоятельствах отпарный газ может стать более привлекательным вариантом. [32]
По сравнению с нефтью, общественность меньше обеспокоена разливами с судов, перевозящих сжиженный природный газ (СПГ), поскольку газ быстро испаряется и превращается в атмосферный метан . [33]
До 2004 года не произошло никаких значительных аварийных сбросов СПГ почти в 80 000 загруженных портовых транзитных танкеров СПГ. [34]
Анализ нескольких сферических танкеров показал, что суда могут выдержать боковое столкновение под углом 90 градусов с другим аналогичным перевозчиком СПГ на скорости 6,6 узла (50% нормальной портовой скорости) без потери целостности груза СПГ . [35] Это снижается до 1,7 узлов при столкновении полностью загруженного нефтяного танкера дедвейтом 300 000 тонн с танкером СПГ. В докладе также отмечается, что такие столкновения редки. [34]
HAZID провел оценку риска разлива СПГ. Принимая во внимание меры предосторожности, обучение, правила и технологические изменения с течением времени, HAZID подсчитал, что вероятность разлива СПГ составляет примерно 1 на 100 000 поездок. [34]
В случае нарушения целостности резервуара транспортного средства СПГ существует риск воспламенения содержащегося в нем природного газа, что приведет к взрыву или пожару. [36]
