Морской двигатель СПГ
Судовой двигатель СПГ — это двухтопливный двигатель используется природный газ и бункерное топливо , в котором для преобразования химической энергии в механическую . Благодаря более чистым свойствам горения природного газа использование природного газа в двигательных установках торговых судов становится для компаний вариантом соблюдения экологических норм IMO и MARPOL . Природный газ хранится в жидком состоянии ( СПГ ), а отпарный газ направляется и сжигается в двухтопливных двигателях. [1] Судоходные компании осторожно подходят к выбору двигательной установки для своего флота. Система паровой турбины была основным выбором в качестве первичного двигателя на танкерах СПГ в течение последних нескольких десятилетий. В системе, существующей уже несколько десятилетий, на паровых перевозчиках СПГ используется BOG (отпарный газ). Танкеры-газовозы имеют надежную изоляцию, позволяющую сохранять СПГ при температуре около -160 °C – чтобы он оставался в сжиженном состоянии. Несмотря на изоляцию, в зону содержания СПГ проникает тепло, что позволяет естественным образом генерировать отпарный газ (BOG). [2]
История
[ редактировать ]Доставка СПГ впервые стала возможной в 1959 году, когда «Метан Пионер», переоборудованное грузовое судно времен Второй мировой войны, безопасно доставило сжиженный природный газ в Соединенное Королевство. После того, как было доказано, что СПГ можно безопасно транспортировать через океан, индустрия транспортировки СПГ процветала и теперь ежегодно использует 200 миллиардов долларов капитала. С момента начала производства СПГ в 1964 году международная торговля увеличилась в 50 раз, производственные мощности увеличились в 10 раз, а вместимость отдельных судов увеличилась в 5 раз. Проект танкера СПГ изначально был разработан компанией Worm's and Co. Теперь этот проект называется проектом транспорта газа. Изначально резервуары были рассчитаны на 34 000 кубических метров, но конструкция трансформировалась до 71 500 кубических метров. Сферические резервуары для СПГ появились в 1973 году, когда Хог построил Norman Lady. Сферические резервуары распространены среди современных судов СПГ. В 1999 году компания Samsung Heavy Ind. создала крупнейший на тот момент танкер СПГ нового мембранного типа. Это было самое большое однокорпусное судно своего времени: длина 278,8 метра и скорость 20,7 узла. «Арктическая принцесса», сданная в эксплуатацию в 2006 году, была крупнейшим танкером СПГ, когда-либо созданным. Ее длина 288 метров, вместимость 147 000 кубических метров. С 2006 года мощности продолжали расти. Новые суда СПГ, поставленные клиентам в 2018 году, часто проектируются для прохода через расширенный Панамский канал (неопанамакс) и имеют вместимость 170 000 кубических метров.
Отпарный газ
[ редактировать ]Природный газ, которым питаются двухтопливные двигатели, перевозится на судах в виде кипящей жидкости и транспортируется при давлении, немного превышающем атмосферное. Когда приток тепла проникает в изоляцию резервуара, это приводит температуры сжиженного природного газа к повышению , что приводит к его испарению из жидкости в газ. Когда тепло проникает в резервуар, давление в резервуаре увеличивается из-за кипения. Изоляция резервуаров разработана с использованием самых передовых технологий. Несмотря на это, изоляция резервуаров проникает под воздействием тепла. Выкипание происходит во время плавания корабля. Во время шторма груз СПГ перемещается и расплескивается в резервуарах. Отпарный газ составляет 0,1–0,25% производительности судна в день. В резервуарах необходимо поддерживать постоянное давление. Если давление в резервуарах становится слишком высоким, открываются предохранительные и предохранительные клапаны, выбрасывая испарения в атмосферу до тех пор, пока избыточное давление не будет снято. Поскольку повторное сжижение СПГ на борту нерентабельно для большинства судов, газ, полученный в результате выпаривания, направляется в двигательную установку судна и используется в качестве топлива для энергетических установок, таких как паровые котлы и двухтопливные судовые дизельные двигатели. . Это сокращает использование бункерного топлива, а значит, снижает затраты на топливо и техническое обслуживание оборудования. [3]
Технология
[ редактировать ]Supreme от Samsung представлял собой контейнеровоз для СПГ типа Mark-III, который был крупнейшим в своем роде. У Supreme была новейшая технология, которую можно было увидеть на кораблях СПГ. На нем танки полностью окружены корпусом с двойным дном и перемычкой между танками. Каждый танк хранит свой груз при температуре -163 градуса по Цельсию. Это стандартная температура хранения СПГ. Это достигается за счет изоляции толщиной 250 мм и мембраны из нержавеющей стали толщиной 1,2 мм. Каждый грузовой танк оснащен погружными центробежными насосами для быстрой разгрузки груза. Это стандартный метод разгрузки резервуаров СПГ. Максимальная засуха для судов СПГ обычно составляет 12 метров. Это связано с размерами и ограничениями портовых сооружений. Самый распространенный размер судов СПГ составляет от 120 000 до 180 000 кубических метров из-за размеров судна. ( Тенденции в области двигательной активности двухтактных двигателей для газовозов СПГ , 2017).
Двумя распространенными типами танкеров СПГ являются «Мосс» и «Мембрана». Танкеры типа Moss оснащены сферическими резервуарами для хранения СПГ, тогда как танкеры мембранного типа оснащены более традиционными резервуарами прямоугольной формы с мембраной из нержавеющей стали. Мембранные танкеры более распространены, потому что они меньше кораблей типа Мосс при таком же количестве перевозимого СПГ-топлива, но они создают больше кипящего газа, чем суда типа Мосс.
Исследование MEC Intelligence показало, что СПГ станет основным источником топлива для всех торговых судов в течение 40 лет. Многие компании уже начали рассматривать процесс перевода своего флота на двигательные установки СПГ.
Силовые установки для судов СПГ обычно оснащаются WHR, поскольку они могут привести к сокращению выбросов, снижению расхода топлива и повышению эффективности. Переход на суда, работающие на СПГ, является сложной задачей для компаний, но в сочетании с современными системами снижения отработанного тепла (WHR) суда, работающие на СПГ, могут быть более эффективными, чем суда с дизельным или паровым двигателем.
Двигательные системы
[ редактировать ]Большинство двигательных установок танкеров-газовозов используют болотный газ и жидкое топливо. На паровой электростанции болотный газ используется для топки котлов и производства пара. Пар приводит в движение турбины и приводит в движение корабль. Преимущество этого типа заключается в том, что при повышении давления в грузовом танке СПГ избыток болотного газа сжигается одновременно с жидким топливом. Если болотного газа недостаточно, жидкое топливо ( мазут или мазут). для поддержания работы установки используется [2] Альтернативой паротурбинному двигателю является двухтопливный судовой дизель. Производители силовых установок коммерческих судов, такие как финская компания Wärtsilä и немецкая MAN Diesel, производят двухтопливные дизельные двигатели большого диаметра. Двигатели MAN B&W ME-GI имеют чрезвычайно гибкие топливные режимы: от 95 % природного газа до 100 % HFO и любой промежуточный вариант. Для пилотного масла требуется минимум 5% HFO, поскольку это двигатели с воспламенением от сжатия, а природный газ не является самовозгорающимся. [4] Паровые турбины являются исключительно основным источником движущей силы для судов СПГ, хотя двухтактные дизельные двигатели более эффективны. Это связано с тем, что необходимо утилизировать отходящий газ СПГ.
Экономическая выгода
[ редактировать ]Недавние исследования были сосредоточены на использовании СПГ в качестве топлива на судах, не являющихся танкерами СПГ. Эти исследования показывают, что СПГ выделяется с точки зрения сокращения выбросов и снижения эксплуатационных расходов. [1] Было показано, что некоторые экономические стимулы выгодны для эксплуатации двигательной установки на СПГ. Когда к электростанции добавляются определенные системы, такие как рекуперация отходящего тепла (использование отработанного тепла для выполнения работы, а не для его рассеивания), можно наблюдать значительную экономию. Одно исследование показывает, что двигатель СПГ с системой WHR экономит деньги по сравнению с дизельным двигателем с системой WHR. Первоначальные инвестиционные затраты выше, но это экономически эффективный и экологически безопасный метод. [5]
Вопросы экологии и безопасности
[ редактировать ]Природный газ состоит в основном из метана, который оказывает гораздо более сильный парниковый эффект, чем CO 2 ref: Потенциал глобального потепления . Воздействие метана на климат во многом обусловлено его утечкой . Например, существует проблема, называемая проскальзыванием метана. Проскальзывание метана – это утечка несгоревшего газа через двигатель. [ нужна ссылка ] Метан имеет ПГП(20) (20-летний потенциал глобального потепления), который в 86 раз выше, чем у CO 2 . Если утечка метана не контролируется, экологические выгоды от использования природного газа уменьшаются и могут свести на нет преимущества по сравнению с дизельным или бункерным топливом из-за высокого парникового эффекта метана. [6] Еще одной проблемой являются опасности, связанные с хранением СПГ при очень низких температурах. Изоляция резервуара имеет решающее значение, и существует вероятность хрупкости конструкции и обморожения персонала. [1] По сути, поскольку установлено, что СПГ для судовых двигателей снижает выбросы CO 2 и других загрязняющих веществ по сравнению с обычным тяжелым топливом, внедрение СПГ зависит от следующих ключевых факторов: наличие газа, спрос на суда, пределы выбросов (зоны с контролируемыми выбросами), установка резервуаров для СПГ. и требования безопасности. [1] Необходимо учитывать проблемы, связанные с использованием СПГ. Такие проблемы, как отсутствие инфраструктуры в большинстве торговых портов, ограниченный опыт работы экипажей с двигателями, работающими на газовом топливе, будущая цена на газ и необходимые меры безопасности – все это критические моменты, которые следует учитывать. [5]
Использование СПГ снижает выбросы оксидов серы почти на 100 процентов, а выбросы оксидов азота — примерно на 85 процентов. [ нужна ссылка ] Ведутся серьезные споры о том, приводит ли использование СПГ к сокращению выбросов парниковых газов, при этом исследования показывают, что утечка метана сводит на нет выгоды для климата. [7] [8]
Требования, касающиеся использования топлива СПГ в судоходстве, в частности технические требования и требования безопасности, изложены в Международном кодексе безопасности судов, использующих газы или другие виды топлива с низкой температурой вспышки , сокращенно Кодекс IGF. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Бурель, Фабио; Таккани, Родольфо; Зулиани, Никола (2013). «Повышение устойчивости морского транспорта за счет использования сжиженного природного газа (СПГ) в качестве двигательной установки». Энергия . 57 (1): 412–420. дои : 10.1016/j.energy.2013.05.002 .
- ^ Jump up to: а б Чанг, Тэджун; Ри, Тэджин; Нам, Киил; Чанг, Кванппил; Ли, Донхун; Чон, Самхон (2008). «Исследование доступности и безопасности новых двигательных установок для газовозов СПГ». Проектирование надежности и системная безопасность . 93 (12): 1877–1885. дои : 10.1016/j.ress.2008.03.013 .
- ^ Тусиани, доктор медицины, и Ширер, Г. (2007). СПГ: Нетехническое руководство. Талса, Окла: PennWell.
- ^ MAN Дизель и Турбо. (2013, 28 февраля). Гибкое двойное будущее — MAN B&W ME-GI Engine [Видеофайл]. Получено с https://www.youtube.com/watch?v=V0MVdIQYonM.
- ^ Jump up to: а б Ливанос, Джордж А.; Богородица, Герасим; Пагонис, Димитриос-Николаос (2014). «Технико-экономическое исследование альтернативных силовых установок для паромов и судов РоРо» . Преобразование энергии и управление . 79 : 640–651. дои : 10.1016/j.enconman.2013.12.050 .
- ^ Поспих, Питер (21 апреля 2014 г.). «Вредно ли выделение метана в двигателе внутреннего сгорания для окружающей среды?» . Морской репортер и инженерные новости . Проверено 27 сентября 2019 г.
- ^ Московиц, Питер (24 июня 2015 г.). «В новом докладе говорится, что утечка природного газа достаточна, чтобы свести на нет климатические выгоды» . Хранитель .
- ^ Брандт, Арканзас; Хит, Джорджия; Корт, Э.А.; и др. (2014). «Утечки метана из систем природного газа Северной Америки». Science 343 (6172): 733-735, doi: 10.1126/science.1247045.
- ^ «Международный кодекс безопасности судов, использующих газы или другие виды топлива с низкой температурой вспышки (Кодекс IGF)» . Международная морская организация . Проверено 4 июля 2022 г.