СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И МАШИННО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ
УДК 621.436.05.018.7:629.5 ББК 39.455.554:31.354
И. А. Апкаров, Хоан Коанг Лыонг
ПРИМЕНЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ ПРИРОДНОГО ГАЗА В КАЧЕСТВЕ СУДОВОГО ТОПЛИВА В ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАНАХ И В РОССИИ: ОБЗОР
I. A. Apkarov, Hoang Quang Luong
USE AND STORAGE OF NATURAL GAS AS MARINE FUEL IN FOREIGN COUNTRIES AND RUSSIA: A REVIEW
Рассматриваются особенности применения и хранения газообразного топлива за рубежом и в России. Показаны проблемы, связанные с хранением на судах газообразного топлива в сжатом и сжиженном состоянии. Показаны способы размещения на судах емкостей для газового топлива с минимальным ущербом для вместимости судна, используемые зарубежными фирмами и компаниями. Сформулированы основные принципиальные положения обеспечения безопасности на судне-газоходе.
Ключевые слова: сжиженный природный газ, компримированный природный газ, судовая энергетическая установка, газодизель, газовоз, судно-газоход, цистерна, емкость.
The peculiarities of the use and storage of gaseous fuel abroad and in Russia are considered.
The problems associated with the storage of compressed and dry gaseous fuel in the ships are shown.
The ways of arrangement of tanks for gaseous fuel with minimum damage to the ship’s tonnage used by foreign firms and companies are described. The basic principles of ensuring safety on the ship gas flue are formulated.
Key words: liquefied natural gas, compressed natural gas, marine power plant, gas diesel, liquefied natural gas carrier, ship gas flue, tank, reservoir.
Переход судов на газовое топливо — компримированный (сжатый) природный газ (КПГ) и сжиженный природный газ (СПГ) — наиболее экономически выгодный метод обеспечения выполнения экологических требований.
В области применения КПГ за последние годы произошли определенные изменения. Успешные результаты эксплуатации в Таиланде контейнеровозов на КПГ типа NP Jenjosh (первые 12 судов серии были простроены в Китае на верфи Wuhu Dajiang в 2009-2010 гг.) привлекли внимание заказчиков из других стран региона, вследствие чего верфь получила заказ на строительство еще 12 судов аналогичного типа. Тем временем проектант судна — компания Jenjosh Group (Сингапур), ведет проектирование контейнеровоза с дальностью плавания 1 500 мор. миль для работы на линиях между азиатскими странами. Помимо заказчиков из Таиланда, компания рассчитывает привлечь заказчиков из Индонезии, Вьетнама, Индии и Пакистана, где КПГ традиционно широко используется на автотранспорте, а цена на него в 2-3 раза ниже, чем на обычные виды морского топлива [1, 2].
В 1995 г. в Норфолке (штат Вирджиния, США) начал работать паром Elisabeth River I, рассчитанный на перевозку 149 пассажиров, отличительной особенностью которого, помимо применения КПГ в качестве топлива, является колесный движитель. В последующие годы несколько прогулочных судов, работающих на КПГ, было построено в Голландии — Mondriaan и Escher (1994 г.), Rembrandt и Van Gogh (2000 г.), а также в России — «Москва» и «Нева-1» (1994 г.). Для хранения газового топлива на корме теплохода «Нева-1» оборудованы две секции для баллонов, рабочее давление в которых составляет 20 МПа. Два главных судовых двигателя
конвертированы для работы по двухтопливному газодизельному циклу. Интересно следующее: хотя по экологическим показателям (выбросам NOx) газовый теплоход ненамного превосходит суда аналогичного типа, работающие на дизельном топливе, в силу того, что запальная доза дизельного топлива на этом судне достаточно велика — около 30 %, экономия дизельного топлива при его эксплуатации составляет около 60 %. В 2008 г. в Китае был спущен на воду первый в мире контейнеровоз на КПГ NP Jenjosh. Запас газа принимается на судно в баллонах, помещенных в стандартные 20-футовые контейнеры, что сильно упрощает бункеровку.
В конце 2010 г. на верфи STX Finland Oy (Финляндия) началось строительство круизного парома на СПГ по заказу Viking Line ABP (Финляндия). Длина судна — 210 м, водоизмещение -57 000 т, скорость полного хода — 23 уз. Судно сможет перевозить до 2 800 пассажиров (в том числе 870 пассажиров — в каютах). Общая длина палуб для перевозки большегрузных автомобилей будет составлять 1 300 м, пассажирских автомобилей — дополнительно около 500 м. Первое судно планируется сдать в 2013 г.
Компанией Wartsila (Финляндия) от компании Eidesvik Offshore (Норвегия) получен очередной заказ на проектирование и строительство судна обеспечения нефтяных платформ, работающего на СПГ. Проекту присвоено наименование VS 489 Gas PSV, и в нем предполагается добиться повышенной энергоэффективности, гибкости в использовании различных типов топлива и экономичности в эксплуатации.
В мае 2011 г. компания Kleven Maritime (Норвегия) заключила контракт с компанией Rem Offshore (Норвегия) на постройку ледокола-снабженца на СПГ по проекту компании Wartsila Ship Design (Финляндия). Новое судно является судном типа VS 499 LNG PSV, имеет длину 89,6 м, ширину 21,0 м и площадь рабочей палубы 1 030 м2. Дедвейт — 6 500 т. В составе энергетической установки — 4 двухтопливных двигателя Wartsila 34DF. Благодаря применению газового топлива проект будет удовлетворять даже более жестким экологическим требованиям, чем перспективные нормы для зон контроля выброс с судов (ECA — Emission Control Areas), что позволит эксплуатировать его без ограничений в течение всей расчетной продолжительности службы.
Компания Harvey Gulf Corp планирует строительство первых в США судов для обслуживания буровых платформ на СПГ. Дедвейт судов — 5 520 т. Запас СПГ рассчитан из условия работы трех главных двигателей на полных оборотах в течение 7 дней, что обеспечивает дальность плавания 2 000 мор. миль.
Переведен на СПГ танкер-продуктовоз Bit Viking дедвейтом 25 000 т. На судне установлены 2 двухтопливных двигателя Wartsila 50DF и 2 криотанка массой по 230 т и вместимостью по 500 м3. Запаса газа будет хватать на автономную работу в течение 12 дней. Танкер будет продолжать использоваться компанией Statoil для перевозки нефтепродуктов у побережья Норвегии. Ожидается, что после переоборудования объемы выбросов CO2 будут снижены на 23 %, NOx — на 80 % и SOx — на 92 %. Это позволит получить существенную премию по ставке установленного норвежским правительством экологического налога. Это будет первое судно на газовом топливе в Германском Ллойде (Germanischer Lloyd).
Компания Nor Lines (Норвегия) разместила заказ на постройку двух транспортных судов дедвейтом 5 000 т на СПГ на верфи Tsuji Heavy Industries (Jiangsu) Shipyard (Китай). В соответствии с проектом, разработанным компанией Rolls-Royce Marine, суда могут перевозить до 130 пассажиров, до 40 грузовых автомобилей и до 2 000 т замороженных или сухих грузов на поддонах. Длина — 120 м, ширина 20,8 м и осадка 6 м. В качестве главного двигателя применен работающий на СПГ двигатель B35:40 V12 серии Bergen. Мощность двигателя — 3 930 кВт (при 750 об/мин). Криогенный танк СПГ вместимостью 400 м3 обеспечивает судну дальность плавания 3 400 мор. миль при скорости хода 15 уз. Дополнительно предусмотрен топливный танк объемом 50 м3 для питания двух резервных дизель-генераторов мощностью по 700 кВт [1, 2].
Компания Sea-Cargo AS (Норвегия) разместила заказ на строительство контейнеровозов Ро-Ро, работающих на СПГ, возможно первых на газовом топливе, на которых применение других видов топлива не предусмотрено. Суда строятся на верфи Bharati Shipyard (Индия) (hull 357/358). Заказ на серию аналогичного типа размещен также на верфи Hanjung Shipyard (Китай). Судно длиной 132,8 м сможет перевозить 5 600 т груза. Часть груза будет размещаться на контейнерной палубе вместимостью 94 TEU, остальной груз — на палубах Ро-Ро общей протяженностью 1 140 м. Запас СПГ размещен в криогенных танках общей вместимостью 150 м3 и рассчитан из условия работы без бункеровки на регулярных линиях между портами Норвегии, Балтийского моря и Англии с продолжительностью кругового рейса 10 суток.
Компания NSK Shipping AS (Норвегия) разместила на верфи Turkish Shipyard (Терсан, Турция) заказ на постройку судна для перевозки генеральных грузов с двигателями Rolls Royce на СПГ.
Компания-судовладелец Reederei Stefan Patjens (Германия) совместно с Del Norske Voritas планирует перевести на СПГ контейнеровоз Maersk Drury, построенный 4 года назад. В ходе работ два вспомогательных двигателя будут переоборудованы для работы на СПГ, что позволит беспрепятственно эксплуатировать судно в зонах особого экологического контроля, а при стоянках в порту — использовать собственную экологически чистую электростанцию. Сжиженный газ будет храниться в криогенных контейнерах стандартных габаритов.
Следует отметить, что до недавнего времени размещение на судне громоздких емкостей для хранения запаса СПГ, аналогичных по конструкции танкам судов-газовозов, сопровождалось сокращением вместимости судна. В настоящее время для хранения запаса СПГ разработаны и применяются на судах емкости специальной конструкции, максимально удобным образом вписывающиеся в обводы судна без ущерба для его вместимости, в том числе — стационарные или съемные контейнеры-цистерны.
Запас СПГ на судне может быть размещен в серийно выпускаемых баллонах в стационарных или съемных контейнерах стандартных типоразмеров. Системы газового хранения топлива, вписывающиеся в обводы судна без ущерба вместимости, разработаны и начинают использоваться на практике (рис. 1).
б в г
Рис. 1. Схемы интегрированных криогенных емкостей для топливного СПГ : а — схема размещения емкостей СПГ на судне вдоль бортов от машинного отделения; б — концепция интегрированного в корпусные конструкции танка компании Jahre Group AS; в — танк СПГ на 450 м3 компании Rolls-Royce Marine AS; г — схема отсека судна с интегрированной термозащитой и силовыми элементами компаний MGI AS и Torgy AS
Другой способ размещения на судах емкостей для газового топлива с минимальным ущербом для вместимости судна — это размещение их на открытой палубе в стационарных сосудах или съемных контейнерах-цистернах. Проект использования газа в качестве топлива для котлов и дизель-генераторов из контейнеров-цистерн, размещенных на палубе, предполагается реализовать на контейнеровозе «Maersk Drury» (рис. 2) [3, 4].
р «нала ■
Рис. 2. Проект использования газа из контейнеров-цистерн на контейнеровозе «Maersk Drury»
Такое размещение газового топлива разрешает также проблему бункеровки, т. к. в этом случае она производится путем простой замены контейнеров с помощью грузового крана.
В России примером такого контейнера-цистерны может служить модель КЦМ-35/0.6 (ОАО «Уралкриомаш», Нижний Тагил), конструкция которой была одобрена Российским морским регистром судоходства (РМРС) (рис. 3). Цистерна проектировалась на соответствие требованиям Международного морского кодекса по опасным грузам, регламентирующего перевозку опасных грузов в контейнерах. Вместимость контейнера-цистерны КЦМ-35/0.6 немного больше, чем у цистерны для СПГ, которая используется на норвежском пароме Glutra — 35 м3 против 27 м3 [5, 6].
Рис. 3. Контейнер-цистерна КЦМ-35/0.6
Следует отметить следующие специфические опасности, связанные с хранением газового топлива на судне: объемный взрыв утечек газа в закрытое помещение от трубопроводов и самой цистерны. Для обеспечения безопасности можно предложить меры, аналогичные применяемым в машинном отделении: вентиляция и контроль состава воздуха; возможное повреждение топ-
ливных цистерн и трубопроводов при внешнем механическом повреждении судна или контейнера на верхней палубе. Для обеспечения безопасности необходимо разработать требования по безопасному размещению на судне топливных емкостей.
Обзор способов использования газа на судах позволяет сформулировать следующие основные принципиальные положения по обеспечению безопасности на судне-газоходе, которые планируется учитывать при разработке требований РМРС к судам-газоходам [6, 7].
1. Использование газового топлива на судне, не являющемся газовозом, влечет за собой возникновение дополнительных опасностей, которые ранее не угрожали обычным судам. Перечень дополнительных опасностей, возникающих на конкретном судне, зависит от способа хранения топлива, места его расположения на судне и способа использования (типа энергетической установки).
2. Основной дополнительной опасностью является опасность объемного взрыва в закрытом помещении, прежде всего в машинном отделении и различных полостях энергетической установки. Для предотвращения реализации указанной опасности должны применяться специальные меры, препятствующие образованию «пожарного треугольника» в любом помещении, где расположено оборудование, содержащее газовое топливо (трубопроводы с двойными стенками, вентиляция, контроль загазованности) [8].
3. Все опасности, связанные с разливами газового топлива при повреждении емкостей для хранения, учтенные в Кодексе IGC, возникают и на обычных судах, использующих газ как топливо. Хотя такие опасности менее серьезны, т. к. количество газа значительно меньше, требования по размещению на судне топливных емкостей для газа не должны уступать требованиям Кодекса IGC для грузовых танков.
4. Риски опасностей, характерных для обычных судов (например, пожар в жилых помещениях), на судах-газоходах выше, т. к. к последствиям добавляется опасность последующего взрыва и горения газа. При этом уменьшение рисков, связанных с жидким топливом (например, разлив после гибели судна), не представляется существенным, т. к. на судне-газоходе будет присутствовать определенное количество жидкого топлива, без которого судно эксплуатироваться не сможет. Вследствие этого можно рекомендовать на таких судах ужесточить требования к противопожарной защите в целом, а не только в помещениях с газовым топливом [9].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Епифанов B. C. Применение природного газа в судовых энергетических установках // Речной транспорт. — 2008. — № 4. — С. 77-84.
2. Толшин В. И., Епифанов B. C. Применение сжиженного природного газа на речном флоте // Речной транспорт. — 2001. — № 3-4. — С. 41-44.
3. Международный кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих сжиженные газы наливом (Кодекс IGC) / IGC International code for the construction and equipment of ships carrying liquefi ed gases in bulk(IGC Code), IMO. — СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 1999.
4. Российский морской регистр судоходства. Правила классификации и постройки судов: т. 1-3. -СПб.: Изд-во РМРС, 2005.
5. Терегулов Р. К., Локшина А. А., Дмитриева Т. В. Транспортировка судами сжиженного природного газа // Материалы IV Междунар. учеб.-науч.-практ. конф. «Трубопроводный транспорт-2008». — Уфа: УГНТУ, 2008. — С. 73-75.
6. Производство, хранение и транспорт сжиженного природного газа / А. М. Шаммазов, Р. К. Терегулов, Б. Н. Мастобаев, Г. Е. Коробков. — СПб.: Недра, 2007. — 152 с.
7. Правила классификации и постройки газовозов. — СПб.: Российский морской регистр судоходства, 2004. — 69 с.
8. DNV class for fi rst ever LNG-fuelled high speed light craft / LNG update / Managing risk DNV. — 2010. — N 1.
9. Мкртычан Я. С., Ровнер Г. М. Опыт использования сжиженных углеводородных газов в качестве моторного топлива / НПО «Комплекс-1», г. Москва. — М., 2000.
Статья поступила в редакцию 18.07.2012
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Апкаров Идрис Адамович — Грозненский государственный нефтяной технический университет; доцент кафедры «Автомобильный транспорт»; dorohov@astu.org.
Apkarov Idris Adamovich — Grozny State Oil Technical University; Assistant Professor of the Department «Automobile Transport»; dorohov@astu.org.
Хоанг Куанг Лыонг — Астраханский государственный технический университет; магистр техники и технологий; аспирант кафедры «Судостроение и энергетические комплексы морской техники»; dorohov@astu.org.
Hoang Quang Luong — Astrakhan State Technical University; Master of Engineering and Technology; Postgraduate Student of the Department «Shipbuilding and Energy Complexes of Marine Equipment»; dorohov@astu.org.
