DESCRIEREA NAVEI STUDIATE ȘI A INSTALAȚIILOR SPECIFICE DE LA BORD [305758]

CAPITOLUL I

DESCRIEREA NAVEI STUDIATE ȘI A INSTALAȚIILOR SPECIFICE DE LA BORD

1.1 [anonimizat], [anonimizat] 99% [anonimizat], deci, posibilitatea fizică de a realiza schimburi la nivel intercontinental a fost posibilă numai odată cu dezvoltarea unor tehnologii speciale care au făcut posibil transportul gazelor naturale pe cale maritimă. [anonimizat], întrucât cantitatea de energie transportată ar fi fost de 1000 de ori mai mică decât cea corespunzătoare petrolului.

Nava care transportă gaze lichefiate este nava destinată transportului în vrac a [anonimizat] a gazelor lichefiate și refrigerate. [anonimizat] a transporta aceste mărfuri.

[anonimizat]: [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat] (1959) și până acum. [anonimizat] a provocat o [anonimizat], care le conferă robustețe și scade riscul unor deversări accidentale. [anonimizat], GPS (Global Positioning System), sisteme automate de semnalizare a pericolului, sisteme de siguranță a încărcăturii și de detectare a gazului și a incendiilor.

Progresele obținute în tehnica lichefierii și manipulării gazelor naturale (metanului) a permis creșterea volumului de marfă transportat pe mare. Metanul (gaz combustibil folosit mai ales în sectorul industrial) [anonimizat].  Dintre navele de transport gaze lichefiate se pot enumera:

[anonimizat], [anonimizat] a mărfii este de -104 0C, capacitatea de transport este cuprinsă în intervalul 2.000 – 12.000 m3, au instalație de relichefiere;

[anonimizat], [anonimizat] a mărfii este -164 0C.

Principalele convenții internaționale care reglementează transportul gazelor lichefiate sunt:

Convenția liniilor de încărcare 1966;

Convenția SOLAS 1974;

Convenția MARPOL 1973/ 1978;

Codul IMO pentru tancurile de gaze lichefiate.

Terminale specializate pentru operarea tancurilor de gaze lichefiate fac parte din lanțul de distribuție a [anonimizat], depozitarea, [anonimizat], instalație de vaporizare și transportul prin conducte la utilizatori.

[anonimizat] (de import) LNG sunt descărcate și stocate în rezervoare speciale și ulterior regazeificate în vederea pompării într-o rețea de distribuție a gazelor naturale către piețele de desfacere.

Pentru lichefierea, stocarea, refrigerarea, încărcarea-descărcarea și regazeificarea acestor mărfuri este necesar un utilaj variat și complex. În terminal se pot efectua numai o parte dintre aceste operații.

Facilitățile caracteristice unui terminal portuar specializat pe importul gazelor lichefiate sunt: dane, echipament de descărcare a LNG, tancuri izoterme de depozitare (supraterane sau subterane) dotate cu aparate de refrigerare și conexiuni la rețeaua conductelor de transport. Rezervoarele sunt dotate cu instalații care asigură funcționarea în siguranță, aparatură de măsură și control, supape de siguranță, dispozitive de semnalizare în caz de avarie etc.

Terminalul portuar pentru exportul gazelor lichefiate este locul in care gazele – marfa ce urmează a fi transportată pe mare cu nave specializate sunt aduse în stare lichefiată, lichefierea făcându-se în stațiile de la uscat ale expeditorului. Lichefierea se realizează sub presiune, la temperaturi scăzute, iar conservarea produsului în timpul transportului impune condiții deosebite de siguranță.

Ciclul de lucru al navei specializateeste următorul: răcirea tancurilor de marfă; încărcarea mărfurilor; voiajul cu marfa la bord; descărcarea; voiajul în balast până în portul de încărcare.

Terminale amplasate în largul mării (Offshore LNG Terminal), reprezinta o alternativa la terminalele de incarcare a gazelor naturale lichefiate. Prin port/terminal amplasat în largul mării se înțelege orice structură fixă sau plutitoare executată de om, altceva decât o navă, aflată dincolo de limitele apelor teritoriale, destinată a fi folosită ca port sau terminal pentru transportul, depozitarea și  manipularea de gaze naturale. Terminalele din largul mării regazeifică și pompează LNG direct în conductele de gaz natural din larg.

Datorită incertitudinii inerente în folosirea pe scară largă a noilor tehnologii și a vulnerabilității facilităților de terminal la fenomene naturale și la sabotaj, se consideră că populația poate fi protejată cel mai eficient prin amplasarea acestor facilități departe de zonele dens populate. Deci, amplasarea „la distanță” a terminalelor LNG este un factor primordial al siguranței. Existența terminalelor LNG pe coastele mărilor și oceanelor, în zone populate constituie un risc pentru securitatea și siguranța populației din zonă. De aceea s-au impus reglementări privind siguranța terminalelor LNG care se referă la amplasarea, construcția și funcționarea lor. Terminalul de gaze lichefiate trebuie amplasat la distanțe mari față de centrele populate, în locuri adăpostite, cu apă adâncă și liniștită, cu intrare ușoară pentru  nave, astfel ca ele să străbată  un traseu simplu din radă până la dană.

O gamă largă de regulamente, standarde și proceduri sunt utilizate în vederea prevenirii și reducerii accidentelor provocate de manipularea și transportul LNG. Aceste cerințe se referă la proiectarea, construcția, operarea și mentenanța facilităților portuare și a navelor.

Din același motiv există alternativa construirii terminalelor LNG în larg, care ar evita îngrijorarea legată de siguranța publică, dar ele ar fi mai scumpe decât terminalele de la țărm și mai îndepărtate de consumatori, mărind astfel costurile energiei.

Pentru operarea și transportul în siguranță al acestor mărfuri este deosebit de importantă cunoașterea proprietăților fizice și chimice ale mărfii, a riscurilor și a acțiunilor de urmat în caz de urgență. Aceste informații esențiale sunt date în fișa mărfii pentru gaze lichefiate din „Codul transportatoarelor de gaze lichefiate”, inclusiv acțiunile recomandate a fi urmate în caz de incendiu, scurgeri de marfă, contact fizic cu marfa, informații despre efectul acestora și instrucțiuni privind echipamentul de protecție care trebuie purtat pe durata operațiunilor de încărcare-descărcare.

Înainte de încărcarea produselor inflamabile sistemul de marfă trebuie pregătit prin uscare, pentru a preveni formarea gheții și trebuie inertat pentru a preveni formarea amestecului inflamabil. Înaintea încărcării LNG sau altor mărfuri care necesită relichefierea, tancurile trebuie purjate cu vapori de marfă, pentru a înlocui atmosfera de gaz inert din tancurile de marfă cu vapori de marfă, după care tancul este pregătit pentru începerea operației de răcire. Pentru mărfurile refrigerate tancurile de marfă trebuie răcite treptat până la temperatura mărfii, cu o rată de răcire de 100 0C/oră  pentru a minimiza stresul datorat temperaturii. Operația de răcire este diferită pentru diverse tipuri de sisteme de marfă, dar sistemele membranate se pot răci mai repede. O atenție deosebită se acordă valvulelor de siguranță, de operare la distanță, instalației de relichefiere, sistemului de detectare a gazului, sistemului de alarmă și control.

Terminalul trebuie anunțat când încărcarea se apropie de sfârșit. După umplerea ultimului tanc trebuie oprite pompele de la terminal și se trece la închiderea valvulelor. Nivelul mărfii în tancurile de marfă, presiunea și temperatura, operarea instalației de relichefiere trebuie monitorizate pe toată durata încărcării. Debalastarea se face în același timp cu încărcarea, urmărindu-se pescajul, asieta și condițiile de stabilitate.

Înainte de acostare și începerea descărcării toate cerințele referitoare la siguranță trebuie verificate: echipamentul de luptă contra incendiilor, detectorul de gaz, sistemul de închidere de urgență și pompele de marfă. Pe durata descărcării, se vor verifica și monitoriza: nivelul și presiunea din tancurile de marfă, presiunea de descărcare, pescajele, asieta și înclinarea navei, tensiunea din parâmele navei. După terminarea descărcării și înainte de deconectare liniile de vapori și lichid trebuie golite cât de bine posibil. Pe durata balastării o atenție deosebită se va acorda asietei și înclinării navei.

1.2 NAVA DE TIP TANC LNG “MARAN GAS EFESSOS”

Compania “Maran Gas Maritime Inc.” (MGM) reprezintă ramură de transport de gaze naturale lichefiate a grupului “Angelicoussis Shipping Group” (ASGL). MGM a luat ființă în anul 2003, având ca scop managerierea și realizarea tuturor transporturilor de marfă de tip LNG și LPG din cadrul ASGL. Între timp, compania ASGL dispune de un istoric impresionant ce datează din anul 1947, iar compania are o flotă impresionantă ce cuprinde vrachiere, nave de tip tanc petrolier, nave de tip tanc LNG și LPG. În present compania angajează peste 3700 de ofițeri maritim, dar și 300 de specialiști care lucrează în facilitățile de la mal. Istoricul firmei MGM include următorii pași foarte important:

În iulie 2003, Maran Gas Maritime Inc. a fost fondată;

În mai 2005 a fost comandata prima navă de tip tanc LPG;

În iulie 2005 a fost livrata prima navă de tip tanc LNG;

În iulie 2008 a fost livrata prima navă de tip tanc LPG;

În ianuarie 2009 toate cele cinci nave de tip tanc LNG și cele două nave de tip tanc LPG comandate au fost livrate și operaționalizate complet;

În iulie 2013 a fost livrata nava de tip tanc LNG “Woodside Rogers” de la DSME.

În prezent compania reprezintă unul dintre cei mai important jucători de pe piața transportului maritim de gaz natural lichefiat, flota să însumând 26 de nave de tip tanc LNG, capacitatea lor variind între 145700 – 173400 m3, toate navele fiind construite în perioada 2005 – 2017. Trei dintre ele au fost finalizate și operaționalizate chiar în lunile ianuarie și februarie a anului 2017, “Maran Gas Ulysses”, “Maran Gas Roaxana” și “Maran Gas Olympias”, fiind cea mai nouă dintre ele. Deasemenea, nava a mai comandat încă 5 nave, care se află momentan în constructive, perioada preconizată de finalizare fiind stabilită între iunie 2018 și noiembrie 2019. Toate navele care vor urma să intre în flota Maran Gas Maritime vor avea o capacitate de 173400 m3, preconizându-se ca astfel compania va deveni lider mondial în acest domeniu al transportului naval de mărfuri, având o capacitate totală de transport de 5272800 m3, pentru un număr total de 32 de nave. Flota companiei s-a extins cu rapiditate, în ziua de azi fiind cea mai valoroasă flota de navă, de toate tipurile, dintre companiile de navigație grecești, fiind estimată la aproximativ 38,7 miliarde de dolari americani.

Nava de tip tanc LNG “Maran Gas Efessos” este cea de-a unsprezecea navă construită pentru compania prezentată mai sus. Aceasta a fost comandata în anul 2012 și a fost operaționalizata și lansată la apa pe data de 1 iunie 2014. Fiind construită la Șantierul Naval “Daewoo SB & ME Co.”, din Okpo-dong, Corea de Sud, nava dispune de toate toate dotările unei nave moderne. Din punct de vedere al clasificării al navelor de tip tanc LNG face parte din categoria tancurilor complet refrigerate.

Figura 1.1: Nava de tip tanc LNG “Maran Gas Efessos”

Caracteristicile tehnice ale navei sunt:

Număr IMO: 9627497;

Call sign: SVBW6;

MMSI: 241291000;

Tonaj brut: 103928;

TDW: 89711;

Tipul navei: Tanc de tip LNG complet refrigerata;

Anul construcției: 2014;

Pavilion: Grecia;

Lungime de construcție: 294,2 metri;

L intre perpendiculare 283, 2 metri;

Lățime maximă: 44 metri;

Construcție: Daewoo SB & ME Co., KOR;

Tipul tancurilor de marfă: Tancuri presurizate cu membrane.

Figura 1.2: Sectiunie prin tancurile de marfă de la bordul navei

Figura 1.3: Vedere din interiorul tancurilor de marfă de la bordul navei “Maran Gas Efessos”, tancuri de marfă de tip “Technigaz Mark III”

1.3 INSTALAȚII SPECIFICE DE LA BORDUL NAVEI “MARAN GAS EFESSOS”

1.3.1 Sistemul de operare al mărfii în mediu gazos

Sistemul de operare a mărfii (liniile pentru gaz) au scopul de a asigura schimbul de gaz în procesele efectuate cu lichid.

Sistemul este folosit pentru a pompa gaz spre țărm și a primi gaz de la țărm pentru umplerea spațiului din tubulaturi și din tancuri.

Sistemul este folosit și pentru purjare după încărcare/descărcare și pentru a inertă tancurile de marfă. Scăderea temperaturii în tubulaturi și tancurile de marfă. Sistemul este implementat la bordul navei ca o structură liniara.

Figura 1.4: Sistemul de operare al mărfii în mediul gazos de la bordul navei

Supapele (GCv11, GCv12,), (GCv21, GCv22), (GCv31, GCv32), (GCv41, GCv42), sunt componentele care permit tancurilor să comunice cu liniile pentru gaz.

Tubulatura navei comunică cu instalația de la țărm, atât în tribord cât și în babord prin intermediul supapelor GvL și (Gv1pL, Gv2pL), (Gv1sL, Gv2sL). Dispozitivele de ventilație (Gm51…Gm54), sunt prevăzute cu supape de siguranță care controlează presiunea în tancuri.

În cadrul instalației sunt cumprinse 2 compresoare centrifugale pentru gaz CHD1, CHD2 Schimbătorul de căldură HD Heater este component care este folosită pentru a crește temperatura de la -106ș C .

Supapele de oprire și de reglare Gv sunt folosite pentru controlul și comanda sistemului. Supapele Gv5, Gv7 permit sistemului să comunice cu manifoldul care este conectat cu instalația de la uscat. Supapele Gv16, Gv11, Gv6 sunt cele care permit sistemului să comunice cu sistemul auxiliar care asigură vapori de marfă în camera mașinilor pentru căldările navale.

Vaporizatorul pentru marfa lichidă este folosit pentru schimbarea stării de agregare ca rezultat al reglării fluxului de căldură.

Supapele CvV, CvV1, CvV2 asigură marfa lichidă la vaporizator. Vaporizatorul pentru marfa lichidă este folosit pentru schimbarea stării de agregare ca rezultat al reglării influxului de căldură.

1.3.2 Sistemul de operare a mărfii în mediu lichid

Sistemul pentru operare a instalației de marfă în mediu lichid este realizat pentru a îndeplini următoarele acțiuni:

Încărcarea și descărcarea unui tip de marfă în și din tancurile de marfă;

În procesul de stripping;

În procesul de scăderea a temperaturii mărfii;

În procesul de umplere a tancurilor și a tubulaturii cu vapori de marfă sau gaz inert.

Tancurile sunt echipate cu dispozitive speciale de ventilație.

În condiții de urgență presiunea acționează asupra supapei de siguranță.

Opt pompe centrifugale submersibile (CP11, CP12), (CP21, CP22), (CP31, CP32), (CP41, CP42) instalate în tancurile C1…C4 în perechi permit încărcarea și descărcare mărfii.

Supapele de oprire de la manifold (CV1pl…CV4pl în babord) și (CV1sl…CV4 în tribord) sunt montate pe tubulatura de legătura cu instalația de la uscat. Supapele adiționale de oprire pentru conexiunea manifoldului cu tubulatura navei sunt (Cv12pL, Cv21pL, Cv34pL, Cv43pL) în babord) și (Cv12sL, Cv21sl, Cv34sL, Cv43sL în tribord).

Figura 1.5: Dispunerea instalației de manevrare a mărfii în mediu lichid

Supapele de oprire a comunicării liniilor de marfă cu tubulatura auxiliară sunt grupurile (CvL1, CvL2). Supapele de oprire pe linia de cădere de presiune sunt grupurile (CV13, CV23, Cv33, Cv43).

Supapele care asigura reglarea pe linia de încărcare a pompelor sunt grupurile (Cv11,Cv12), (Cv12, Cv22), (Cv31, Cv32), (Cv41,Cv42). Start/Stop pompe marfă (Cp11, Cp12), (Cp21, Cp22), (Cp31, Cp32), (Cp41, Cp42). Panoul de comandă al acestei instalații este dotat și cu un buton pentru oprirea de urgență.

1.3.3 Sistemul de gaz inert

ž Gazul inert necesar pentru acest tip de nava este CO2 fiin produs prin arderea combustibilului. Sistemul asigură efectuarea operațiunilor:

umplerea liniilor de marfă, a tancurilor și a coferdamurilor cu gaz inert;

eliminarea formării unor concentrații de gaz exploziv în aceste spații;

introducerea de aer uscat în tancuri și tubulaturi.

Figura 1.6: Sistemul de gaz inert de la bordul navei “Maran Gas Efessos”

Principalele component ale instalației de gaz sunt compreasoarele de Ib1 și Ib2, dar și grupul de pompe Ip1 și Ip2.

Pompele centrifugale Ips1, Ips2 asigură pomparea apei prin supapele de reglaj Iv5 la sistemul de răcire al epuratorului de gaze. Modulul de răcire care este compus din 2 unități: Idryer1 și Idryer2. Supapa cu reținere Iv1 este component care protejează generatorul de întoarcerea gazului pe retur.

1.3.4 Tubulaturi pentru lichid și vapori

În general, navele specializate în transportul de gaze lichefiate dispun foarte rar de mai mult de șase cargotancuri. Fiecare cargotanc este conectat cu:

o linie de încărcare marfa în stare licchida, care pătrunde în cargotanc și se extinde până aproape de fundul tancului pentru a reduce sarcină termică și, care, uzual, este prevăzută cu unele deflecții pentru prevenirea solicitarea termică. Această linie face legătura între liniile de lichid, este plasată la cuplu maestru și permite încărcarea din orice bord;

o linie de descărcare a lichidului;

o linie de vapori de marfă;

o linie pentru descărcarea vaporilor de marfă;

o linie de încărcare prin spray ( lichid pulverizat ).

O supapă de scurgere este montată în mod normal pe domul fiecãrui tanc și este pusă în legătură cu o tubulatură care conduce direct la baza catargului de ventilație, asigurând astfel o distanță suficient de mare față de spațiile de locuit. Linia de vapori de marfă duce la o transversadã a liniei de retur vapori din ambele borduri, este situată în zona cuplului maestru și poate fi folosită pentru a duce vaporii gazelor la compresor. De cele mai multe ori sunt făcute și montaje care permit conectarea acestei linii la supapa de siguranță din catargul de ventilație sau la o tubulatură de purjare folosită pentru operațiile de gas-free. Întrucât o anumită tubulatura este folosită pentru mai multe scopuri, este necesar ca ea să aibe un grad mare de flexibilitate care constă în special în porțiuni de tubulatura interșanjabile pentru izolarea sistemului. Acest lucru este foarte important atunci când se transportă un număr diferit de feluri de marfă sau când se execută diverse operații la marfă. Tubulaturile interșanjabile sunt folosite și la conectarea sistemului de gaz inert.

1.3.5 Pompele pentru marfa

Pompele pentru marfã sunt montate pe toate navele pentru operațiunile de descărcare a mărfii. Pe unele nave, prevăzute cu tancuri de presiune, marfa poate fi descărcată prin creșterea presiunii în spațiul de vapori cu ajutorul compresoarelor, aceasta fiind o metodă alternativă de descărcare a mărfii din navele presurizate sau semirefrigerate. Majoritatea pompelor pentru lichid sunt de tip centrifugal și, în general, diferă între ele prin modul de dispunere al motorului și prin modul de acționare. Sunt folosite următoarele trei tipuri de pompe:

pompe submersibile, care constau dintr-o combinație unitară pompa – motor montată în interiorul cargotancului și susținută de tubulatura de refulare saau de descărcare;

pompe de adâncime, acestea având motoarele montate la piciorul tubularii de descărcare, acționarea făcându-se prin intermediul unui arbore lung care primește mișcarea de la un motor electric sau hidraulic ce este montat în poziție verticală pe domul tancului;

pompe montate pe punte, ele pot fi acționate electric sau hidraulic și pot fi folosite atât că pompe principale cât și că pompe auxiliare. Când sunt folosite ca pompe principale, ele trebuie prevăzute cu un sistem de amorsare pentru a preveni apariția cavitației.

1.3.6 Schimbătoarele de căldură

De cele mai multe ori navele dispun de schimbătoare de căldură sub forma condensoarelor sau a vaporizatoarelor pentru că vaporii de marfă să poată fi lichefiați, iar marfa în stare lichidă să poată fi vaporizata. Vaporizatoarele de marfă lichidă pot fi folosite pe timpul purjării și, împreună cu pompele booster (auxiliare), sunt folosite pentru a permite că marfa complet refrigerate să fie descărcată într-un tanc presurizat de stocare neadaptat pentru temperaturi scăzute. În mod obișnuit, navele transportatoare de LNG nu dispun de o instalație de relichefiere, iar vaporii evacuați din cargotanc sunt captați și arși în motoarele sau căldările navei. Folosirea vaporilor în acest scop poate fi restricționată în cazul navelor costiere, unde manevrele sunt foarte frecvente. Pentru a asigura arderea gazelor atunci când mașinile nu sunt în funcțiune, la bordul navelor sunt făcute amenajări și sunt instalate echipamente speciale pentru înmagazinarea căldurii.

1.3.7 Instalația de ardere pentru vaporii de marfă

Instalația de ardere a gazului de boil-off (vaporii rezultați în urma evaporării gazului natural din tancurile de marfă) este esențială pentru asigurarea transportului cu navele de tip tanc GNL. Acest tip de instalație contribuie la economisirea comustibilului pe durata voiajului, dar și la reducerea nivelului de evaporare a gazului natural lichefiat transportat. Generarea de gaze de tip BOG are loc în orice mod de funcționare a navei de tip GNL, dar și la nivelul terminalelor de unde se facă încărcarea mărfii. Gazele de tip boil-off sunt generate, în mare parte, de faptul că gazul natural este stocat în stare criogenizată într-un mediu înconjurător în care este mult mai cald decât în compartimentele în care este stocat. Nava “Maran Gas Efessos” dispune de următoarele agegate pentru managerierea vaporilor generați de variația temperaturii mărfii de la bord, printre care cele mai importante sunt:

Sistemul de compresie la joasă presiune în sistemul de alimentare a cu combustibil gazos al motorului principal, care face și subiectul acestei lucrări de diploma;

Compresia la presiune înaltă a gazului natural pentru returul în sistemul de tubulatura al încărcăturii;

Sistemul de relichefiere a BOG în cadrul tancurilor și returul în tancurile de depozitare;

Compresia la presiune joasă printr-un condesator de BOG, care permite recondensarea și conversia înapoi în LNG.

Sistemul practic al design-ului elementelor din cadrul recondensatorului de vapori din gazul natural, cum ar fi sistemul de tubulatura, pompele de înaltă presiune, recircularea la debit minim, supapele de presiune de siguranță (PSV-urile), sistemele de ardere și de ventilare a vaporilor de gaz trebuie analizate pentru a conferi o eficiență maximă în exploatare.

Figura 1.7: Modelul de recondensator pentru gazele BOG

În cazul navei “Maran Gas Efessos” pompele de înaltă presiune nu sunt localizate în apropierea recondesatorului de BOG, astfel, s-a impus instalarea unor pompe de înaltă presiune pentru a asigura presiunea necesară de livrare și pentru a menține condițiile de criogenizare pentru gazele depozitate.

Oalele de ventilație sunt prevăzute cu comandă care acționează invers (în cadrul cărora debitul de gaz este manevrat), iar refularea acestor oale de ventilație este direcționată la unul dintre tancurile de gaz natural lichefiat prn intermediul unui manifold comun de ventilație.

Dacă debitul de gaze din cadrul acestui sistem de ventilație este prea mare atunci LNG-ul este redirecționat către tancurile de depozitare sa este preluat de către sistemul de transfer către instalația de combustibil a motorului principal.

Figura 1.8: Conexiunile de tubulaturi dintre recondensatorul BOG și tancul de depozitare

CAPITOLUL II

INSTALAȚIA DE ARDERE PENTRU VAPORII DE MARFǍ DE LA BORDUL NAVEI

2.1 NOȚIUNI GENERALE DESPRE „BOIL-OFF”

Vaporii de marfă de bordul navei, așa-numitul “boil-off gas” (prescurtat BOG) reprezintă cantitatea de vapori generată de temperatura mediului ambiental în timp ce acționează asupra tubulaturii și tancurilor de gaz natural lichefiat, în timp ce în instalația de depozitare a gazului se menține o presiune de depozitare cu valoare constantă.

Acest fenomen este generat de următorii factori:

Admisia de căldură în tancurile de marfă din cauza diferențelor dintre temperatura încărcăturii și temperatura mediului incononjurator;

Amestecarea mărfii în tancurile de marfă care sunt umplute doar parțial. Majoritatea BOG-ului este generat în timpul transportului de marfă de tip LNG. Cantitatea de BOG în timpul unui voiaj se schimbă în funcție de variațiile temperaturilor ambientale, temperatura apei de mare, condițiile meteo și conținutul de marfă din tancurile de la bord.

Figura 2.1: Principiul de formare a gazelor de tip BOG în tancul de marfă al unui tanc de tip LNG

Există trei moduri principale de utilizare a acestui gaz generat de evaporarea mărfii din tancuri:

La un nivel minim de gaz boil-off și un nivel maxim de combustibil – atunci când presiunea din tancuri este menținută la un nivel maxim pentru a reduce boil-off-ul la un minim, iar majoritatea energiei este asigurată folosind combustibil naval. În acesta situație temperatura din tancurile de marfă va crește din cauza presiunii mari și din cauza lipsei de evaporare;

La un nivel maxim de gaz boil-off și un nivel minim de combustibil – atunci când presiunea din tancuri este menținută la o valoare minimă, iar nivelul de boil-off este ridicat. În aceste condiții se folosesc cantități mai reduse de combustibil, însă încărcătura va fi livrata în condiții de temperatură foarte redusă, așa cum este și preferabil;

Când se naviga 100% pe gaz – în acest caz o pompă de mici dimensiuni este pornită într-un tanc pentru a trimite LNG-ul către vaporizatorul de forțare, nefiind necesară folosirea combustibilului naval.

Pentru a putea utiliza acest sistem mixt de alimentare a motorului principal și de recuperare a unei părți din încărcătură ce riscă să fie evaporata, în comparație cu o navă convențională, nava de tip tanc LNG trebuie să dispună de următoarele agregate și instalații:

Un boiler cu aburi care deservește o turbină cu aburi pentru propulsia comună și un sistem de descărcare a aburului;

Un sistem de relichefiere;

Un motor principal dotat cu sistem de alimentare dual-fuel pentru propulsie și pentru generarea energiei electrice;

O turbină cu gaz pentru propulsie și pentru generarea de energie electrică;

O unitate de ardere a gazului;

Alte instalații și agregate care manevrează BOG-ul, cum ar fi vaporizatoare, condensoare, recondensatoare, turbine cu aburi axuiliara, turbine auxiliare, etc.

Avantajele folosirii unei instalații de relichefiere ar consta în faptul că se folosește un sistem flexibil de alimentare cu combustibil, consumul de combustibil este optimizat, contractile de transport sunt mult mai profitabile, cantitatea de LNG livrată la terminal este mult mai mare (fiind mai profitabilă folosirea LNG ca și combustibil, în comparație cu alți combustibili navali).

Până recent toate navele de tip tancuri LNG erau propulsate de turbinele cu aburi care foloseau în exclusivitate combustibili năvăli, însă s-a constatat faptul că turbinele și boilerele principale puteau fi adaptate cu ușurință pentru a funcționa pe gaz evaporate din tancurile de marfă. În cazul primelor modele de nave de tip tanc GNL care erau dotate cu sisteme de alimentare a motoarelor principale cu gaze boil-off, comutarea alimentarii motorului se făcea cu ușurință, însă eficienta era scăzută, aproximativ 29% pentru propulsie și 25% pentru generarea de energie electrică. Cu timpul aceste sisteme au fost perfecționate, în ziua de azi atingând un grad de 50% pentru propulsie și aproximativ 43% pentru generarea de energie electrică. Aceste performanțe au fost atinse prin efortul comun al companiilor “Hamworthy” și “Burckhardt”.

În general, în cadrul sistemelor de alimentar cu gaz BOG, gazul ce urmează să ajungă în sistemul de injecție al motorului principal sunt comprimate cu o presiune de 5,5 bar prin intermediul compresoarelor, iar apoi sunt încălzite la o temperatură de consum de aproximativ 30 0C.

Apoi gazul este pompat prin sistemul special de tubulaturi în injecția motorului principal, însă acest lucru este realizat înainte de deschidera camerelor de ardere și de pătrunderea aerului în cilindrii motorului.

Figura 2.2: Schema de principiu a unei instalații de ardere a vaporilor de gaz de la bordul unei nave de tip tanc LNG

Principiul de funcționare al unui motor ce folosește și combustibil diesel și vapori rezultați în urma evaporării gazelor din tancurile de marfă sunt descrise în pașii și figurile de mai jos:

Pe cursa de admisie gazul intra în cilindru prin intermediul valvei de admisie de gaz și este amestecat cu aerul;

Amestecul încă nu se va aprinde în momentul compresiei deoarece gazul are o temperatură de autoaprindere foarte ridicată;

Când pistonul se apropie de punctul mort superior o cantitate redusă de combustibil diesel (aproximativ 1%) este injectat prin diuza de combustibil. După injecția combustibilului diesel automat se aprinde în scurt timp.

Figura 2.3: Funcționarea în sistem dual-fuel (diesel și vapori boil-off) pentru un motor principal

O instalație de ardere a gazelor evaporate din tauncurile de marfă trebuie să fie neapărat dotată cu următoarele echipamente de siguranță: sistem de monitorizare și comanda, sistem de oprire de urgență, sistem de detecție ale scurgerilor de gaze și sistem automat de stingere a incediilor.

2.2 INSTALAȚIA DE ARDERE A GAZULUI BOIL-OFF DE LA BORDUL NAVEI “MARAN GAS-EFESSOS”

Toate navele de tip tanc GNL din flota companiei “Maran Gas” sunt dotate cu unități de ardere a vaporilor rezultați din evaporarea gazului natural lichefiat de la bordul navei, toate aceste instalații fiind proiectate și instalate de către compania engleză HAMMWORTHY, iar nava “Maran Gas Efessos” nu face excepție. Instalația cuprinde multe echipamente de ultimă oră care au menirea de a prelua și valorifica gazele de tip “boil-ff”, iar cel mai important dintre ele este “Unitatea de Ardere a Gazelor” (Gas Combustion Unit – prescurtat CGU).

La bordul navei “Maran Gas Efessos” încărcătură, gazul natural lichefiat, se evaporează constant de-a lungul unui voiaj. Viteza de evaporare a gazului este de 0,15% – 0,18% din încărcătură total ape zi. Deci, cea mai bună soluție de a elimina acest exces de evaporare este folosirea sa ca și combustibil pentru motoarele de propulsie. Cantitatea maximă de marfă evaporată se înregistrează atunci când condițiile meteo sunt nefavorabile (gradul de mișcare a mărfii în tancuri fiind foarte ridicat, apărând efectul de “sloshing”) și atunci când nivelul vibrațiilor este ridicat, aceste fenomene punând în pericol și membranele de etanșare a tancurilor de marfă.

Introducerea acestor tipuri de instalații la bordul navelor de tip tancuri LNG a fost obligatorie, fiind prevăzută în Codul Internațional al Navelor Transportatoare de Gaz. Codul a fost revizuit în ultimii ani, regulile de fiind înăsprite, astfel încât s-a impus ca la bordul navelor de tip tanc LNG să existe două metode de manevrare a gazului rezultat în urma evaporării cobustibilului (BOG). Regula de aur este că ambele instalații consumatoare de gaz provenit din evaporarea încărcăturii trebuie să se defecteze ca BOG-ul să fie ventilat și eliminat direct în atmosferă, fără să fie ars. Este mult mai eficient ca BOG-ul să fie consumat și ars decât să fie eliminat direct în atmosferă în stare de gaz:

Eliberearea în atmosferă a unui nor de gaz reprezintă un pericol real de explozie;

Metanul are un potențial ridicat de încălzire a atmosferei globale, indicele sau GWP fiind egal cu 21, în comparație cu CO2 care are indicele 1.

În condițiile în care motorul principal cât și unutatea de arder GCU sunt scoase din service din cauza defecțiunilor, atunci BOG-ul poate fi ventilat și eliminat direct în atmosferă, însă acest lucru este aprobat doar în caz de urgență.

Compania Hammowrthy Combustion (CO) și alte firme de profil au fost abordate de marile companii de transport LNG și de societățile de clasificare și li s-a cerut dezvoltarea unei instalații de ardere a BOG-ului, fiind dezvoltată instalația AMOXsafe (all metal oxidize – unitate de oxidare a tuturor metalelor), care va fi descrisă în celede urmează.

Funcționarea acestei instalații poate fi sumarizata prin următorii pași:

Gazul natural lichefiat se evaporă în mod continuu;

Ventilarea gazului de boil-off nu este permisă, decât în caz de urgență;

Gazul va fi consumat de motoarele de propulsie;

GCU intra în funcționare ca și consumator secundar atunci când motoarele principale nu preiau tot aportul de vapori de gaz;

GCU poate deveni consumatorul principal doar atunci când motoarele nu preiau deloc vaporii rezultați.

Pentru a putea efectua aceste operațiuni instalația ar ein componența sa o serie de echipamente: 2 X 100% Ventilatoare FD, 3 X 50% Ventilatoare DA, 2 X Ventilatoare CA pentru combustibil, 2 aprinzătoare, 2 arzătoare, 2 valve de comandă a gazului (DNV și un sistem de comandă redundant PLC CPU. În figură de mai jos este prezetata dispunerea de principiu a instalației la bordul navei “Maran Gas Efessos”, o reprezentare mai detaliată a schemei instalației fiind prezentată în anexele acestei lucrări de diploma.

Figura 2.4: Dispunerea de principiu a instalației de ardere a BOG la bordul navei

Dacă BOG-ul nu mai poate fi manevrat de motoarele principale ale navei, sau de către sistemul relichefiere, atunci o instalație de tip GCU trebuie să fie utilizată pentru a elimina BOG-ul prin incinerare în condiții de siguranță, astfel emanând CO2 în atmosferă, în locul metanului CH4). Gazul natural are un punct de autoaprindere destul de scăzut, temperatura fiind de 535 0C, de aceea este esențial ca gazele eliberate de GCU să fie răcite cu mult sub valoarea de autoaprindere a metanului (gazului natural) care poate rămâne prezent în atmosfera periculoasă din jurul navei. GCU-urile sunt proiectate astfel încât să limiteze temperatura gazelor evacuate la valoarea de 450 0C.

Nava de tip tanc petrolier studiată are o capacitate totală de încărcare de 159800 m3. Fiind vorba de gaz natural lichefiat, acesta are o densitate de 424 kg/m3, deci rata de evaporare va fi:

Evaporare = 159,0,00137 / 24 X 424 = 3875 kg/oră

Așadar, cantitatea orară de gaz evaporat într-un interval orar este destul de mare, însă unitatea GCU este proiectată pentru a putea face față unei asemenea cantități.

Calculul pentru capacitatea ventilatoarelor unității de ardere a gazelor este următorul:

Pentru arderea a 3875 kg/oră de BOG, în condițiile de ε = 9,55, λ = 1,5 și la o temperatură T = 50 0C:

Cantitate totală de aer = 3875/0716 X 9,55 X 1,5 X 323/273 = 91726 m3/oră

Astfel capacitatea ventilatoare FD (care asigură aerul de combustie) vor avea o capacitate de 94200 m3/oră, fiecare, și vor funcționa alternativ (unul în funcționare în timp ce unul rămâne în standby).

Ventilatoarele DA vor avea o capacitate de 178800 m3/oră fiecare, fiind obligatoriue să asigure un exces de aer de 585%.

Astfel excesul de aer va atinge un procentaj de 635%, în total de 388175 m3/oră, care vă trebuie să asigure faptul că temperatura gazelor de evacuare vă fie gala cu 419 0C, la o temperatură ambientală de 50 0C.

Așa cum a fost menționat mai sus efectul de boil-off apare atunci când LNG-ul fierbe pe suprafața tancului în timp ce căldura transferată de la apă de mare trece prin staturile de izolație ale tancului. Bulele de gaz formate se lipesc de peretele tancului prin tensiunea superficială create. Aceste bule de gaz își măresc dimensiunea în timp ce din ce în mai mult gaz natural se vaporizează, iar eventual flotabilitatea bulelor depășește tensiunea superficială, iar bulele se deslipesc de peretele tancului și se ridică la suprafață.

Echilibrul dintre tensiunea superficială și flotabilitate poate fi alterat și de alte forțe externe. Vibrațiile de la motorul principal și mișcările mărfii din tancuri pot face ca bulele să se desprina de pereții tancului chiar și dacă au dimensiuni mai mici. Bulele au și ele un efect isolator cât timp stau lipite de peretele tancului. Dimensiunile bulelor asupra peretelui tancului vor influența cantitatea de căldură care este transferată.

Cea mai mare cantitate de gaz de tip boil-off apare atunci când bulele au cele mai mici dimensiuni, fiind formate în timp ce condițiile meteo sunt nefavorabile iar vibrațiile de la motorul principal sunt puternice.

În figură de mai jos este prezentată diagrama de construcție a unității de ardere GCU folosită în cadrul instalației, a cărui construcție a fost adaptată special pentru nevoile navei “Maran Gas Efessos”.

Figura 2.5: Diagrama de construcție a unității de ardere CGU

Principala unealta folosită pentru proiectarea acestei unități a fost simularea CFD (Computațional Fow Dynamics – Dinamica Computerizată a Fluidelor), iar componentele stabilite și construite în urma acestei proiectări au fost:

Dimensiunea camerei de ardere;

Scutul de căldură;

Gaura circulară dintre camerele de ardere și scutul exterior;

Diuza de aer de diluare;

Stratificarea și verificarea temperaturii gazelor evacuate;

Temperatura metalelor din camera de ardere.

În același timp modelarea curgerii la rece a permis:

Simularea și asigurarea unui debit optim de aer de combustie în arzător;

Distribuție egală de aer prin arzătoare;

Eliminarea curgerii induse de vârtejul de aer.

Figura 2.6: Simularea finală CFD a modelului cu 4 diuze de aer de diluare

Modelul final de unitate CGU pentru care s-a optat este cel prezentat în figură de mai jos:

Figura 2.7: Modelul final de unitate GCU pentru care s-a optat

2.1.1 Arzătorul de combustibil Diesel

Arzătorul de combustibil diesel (DF) este o componentă esențială a GCU fiind testat și montat de compania Hamworthy. În prezent există mii de dispozitive de acest tip în funcționare la bordul navelor, și nu numai. Există multe variații de la modelul de bază. Unitatea GCU este pornită astfel încât scanerele de flacăra montate pe lateral să fie ferite de lumina soarelui șiș a nu fie umplute cu apă de ploaie. GCU este conceput ca un sistem de siguranță din aceste motive este prevăzut cu două aprinzătoare de putere mare, cât și cu o diuza pilot de combustibil diesel.

Principalele elemente componente ale arzătorului sunt:

Diuza centrală de combustibil de combustibil;

Manifoldul intern de gaz;

Intrare învelită în tubulatura;

Șase diuze de gaz montate radial în jurul turbionului principal de gaz;

Fiecare dintre cele trei orificii sunt:

Primar – către centrul arzătorului;

Secundar – către următorul foraj în direcția vârtejului;

Terțiar – în curentul secundar de aer.

Placă frontală răcita/ventilata.

Vârtejul principal și inelul de divizare generează un model de curgere care direcționează produsele de ardere înapoi către flacără, stabilizând astfel flacără în mod constant.

Figura 2.8: Arzătorul de combustibil și elementele sale principale

2.2.2 Injectorul pilot de jet sub presiune de combustibil

Combustibilul este atomizat sub presiunea din formă injectorului, care este de fapt un atomizor cu jet sub presiune. Aerul este divizat într canalul principal (canalul inelar din jurul tubulaturii de combustibil) și canalul secundar (montat în afară tubului injectorului, în tubul de livrare a aerului). După oprirea instalației innectorul este purjat cu aer de la compresorul care asigură alimentarea cu aer a instalației. Acest process elimina aerul din diuza și previne carobonizarea combustibilului în vârful diuzei. Când flagara de BOG arde se pornește și alimentarea cu aer de la compresor, chiar dacă nu este necesar, însă acest lucru este făcut pentru a menține vârful diuzei rece și curat.

Figura 2.9: Schema injectorului de combustibil atomizat

2.2.3 Valvele de pe traseul de BOG

Aerul de alimentare este furnizat de către un ventilator separat. Acest jet de aer este divizat prin alimentarea principală și cea secundară de aer prin intermediul unui clpaet basculant care este setat în mod manual. În cel mai probabil caz clapetul de pe traseul principal va fi setat la poziția deshisa maximă că acest canal să fie mereu plin cu aer.

Combustibilul de pe traseu este livrat la o presiune de 10 bari prin intermediul unui bloc de valve duble (și o valve fără retur).

Aerul de purjare este transportat pe traseu la o presiune de 5,5 bar prin intermediul unei valve solenoidale și o valvă de unic sens, în timpul perioadei de după purjare a injectorului pilot al arzătorului.

Aerul de purjare împinge combustibilul rămas în diuza, prin vârful acesteia (tot procesul durand în jur de 7 secunde). Presiunea de 5,5 bari nu este de ajuns pentru atomizare, însă că asigură o curățare și o bună înlăturare a ombustibilului din vârful diuzei. Perioada postpurjare va dura în jur de 10 secunde.

Ventilatorul de aer de fiecare dată când pornește sistemul de asigurare a combustibilului pilot, mai ales în perioada de postpurjare, cât și de fiecare dată când este ars BOG-ul. Se oprește automat după ardere.

Figura 2.10: Dispunerea valvelor în cadrul instalației

2.2.4 Aprinzătorul de mare energie

Aprinzătorul este cel care asigură declanșarea flacaraii în cadrul sistemului, acesta generând scânteia de aprinde la o tensiune de alimentare de 2000 V, curent continuu și 2000 A, iar durata scanteiei este în jur de 10 secunde. Aprinzătorul este alimetat în mod continuu. Pentru curățarea aprinzătorului acesta dispune de o opțiune de aprindere pentru perioade de 1 secundă care au menirea de ai curate vârful. În primul minut scânteia apare la o frecvență de 4 Hz, apoi scânteia este continuia pentru o frecvență de 1 Hz. Din păcate, vârful aprinzătorului dispune de o durată de viață limitată, acesta putând fi folosit pentru un număr de aprinderi ce variază în intervalul 250000 – 750000.

Temperatura maximă dezvoltată în vârful aprinzătorului este de 650 0C. Acest aprinzător dispune și de un program de autodiagnoza. Atunci când capacitatea acestuia nu este corespunzătoare semnalul este trimis către programatorul PLC. PLC-ul afișează un mesaj de alarmare și mai inceraca un număr de 20 de aprinderi. Dacă aceasta alarma este afista, atunci vârful declanșatorului de scânteie trebuie să fie schimbat cel puțin o dată pe an.

Figura 2.11: Aprinzătorul de înaltă energie

Acest aprinzător capacitv dispune de o serie de avantaje:

Vârful poate fi înlocuit cu ușurință;

Vârful este sigilat pentru a preveni pătrunderea apei sau combustibililor;

Vârful poate rezista la temperatura a flacării de până la 1000 0C pentru perioade scurte de timp;

Acul este construit ținându-se cont de mai multe standarde de construcție din domeniu;

Gradul de izolare al excitatorului este NEMĂ = IP 65;

Cu cât temperatura este mai ridicată și cu cât durata de timp de expunere este mai îndelungată cu atât durata de viață a acestui dispozitiv va fi redusă.

2.2.5 Scanerele de flacără

Aceste dispozitive permit alegerea nivelului de radiații UV (ultraviolet) pentru flăcările de gaz și de combustibil și nivelul de radiații IR (infra-rosu) pentru emulsiile de uleiul sau cărbuni. Principalele elemente componente ale unui scanner de acest tip sunt:

Amplificatorul care permite:

Comutarea semnalului de ieșire – pornire/oprire flacără (prin intermediul a doua relee independente);

Repetarea semnalului analog de ieșire și a puterii disponibile;

Intensitatea semnalului și afișajul pe unitatea principală;

Ajustarea intensității semnalului pe unitatea frontală;

Verificarea stării flacării – verificarea în întuneric;

Ignora fundalul prin folosirea unui licăritor de flacără (la o frecvență de 20 – 200 Hz pentru vârf, la 100 – 400 Hz pentru baza).

Capul Scanner-ului care permite:

Setarea intervalului de radiații UV și IR (UV/Vis);

Curățarea lentilelor;

Facilitează alinierea;

Permite autodiagnoa scanner-ului;

Ruperea termică;

Purjarea aerului;

Reduce nivelul de luminozitate;

Opțiune EExd.

Bariera care constă în:

Izolarea galvanică montată în zona de siguranță.

Figura 2.12: Scanner-ul de flacără și componentele sale principale

2.2.6 Ventilatoare CĂ (de aer de combustie)

Vantilatoarele folosite pentru introducerea de aer în camera de combustie sunt de tip centrifugal cu tiraj forțat. Acestea sunt în monndate în zonă sigură a GCU.

Condițiile de funcționare:

Funcționează un singur ventilator pentru a asigura 100% din capacitatea GCU;

Capacitatea de per ventilator: un debit nominal de 94200 m3/oră;

Presiunea dezvolatata: 34,6 mbar.

Ventilatorul este antrenat de un electromotor produs de compania ABB, cu următoarele caracteristici tehnice:

Puterea nominal: 160 kW, 4 poli;

Viteza: 1800 rpm;

Alimentare: 440 V AC, 60 Hz, mod de pornire DOL;

Clasa de protecție: IP 55;

Nivelul de vibrații maxim admis pentru acest tip de instalație este de 45 μm pentru joc și 2,8 mm/s pentru viteză în întreg intervalul de funcționare, aceste valori fiind măsurate de rulmenți, în plan radial.

Nivelul de zgomot fără amortizorul montat, în toate condițiile de funcționare nu trebuie să depășească o valoare de 105 dBA, această valoare fiind măsurată la o distanță de 1 metru față de suprafața ventilatorului în orice direcție.

Figura 2.13: Montajul ventilatorului CA la bordul navei “Maran Gas Efessos”

Celelalte ventilatoare din cadrul instalației sunt destul de asemănătoare cu ventilatoarele CA, diferență pentru ventilatoarele de diluare a aerului consta în faptul că necesita un motor de antrenare mai puternic de 170 kW, dezvoltând și o un debit mai ridicat de aer.

CAPITOLUL III

AUTOMATIZAREA INSTALAȚIEI DE ARDERE A VAPORILOR DE GAZ NATURAL LICHEFIAT

3.1 FUNCȚIONAREA INSTALAȚIEI DE BOIL-OFF

3.1.1 Modurile de funcționare unității de ardere de gaze (CGU)

Instalația de ardere a vaporilor de gaze proveniți din evaporarea gazului natural lichefiat din tancurile de marfă este concepută astfel încât să asigure 7 moduri de funcționare pentru unitatea de combustie a gazelor, iar acestea sunt următoarele:

Modul standby – Acesta nu este un mod propriu de funcționare, din timp ce unitatea GCU poate fi pornită într-o perioadă de timp foarte scurtă și ajunge să funcționeze la capacitate 100% în doar câteva minute de la pornire, însă se asigura opțiunea asta pentru a asigura operatorului perioade foarte scurte de timp între momentele în care instalația se afla în repaus;

Modul gaz – Acest mod de funcționare implica faptul că toate compresoarele instalației sunt puse în funcțiune și asigură livrarea gazului către unitate chiar dacă nu este pus în funcțiune modul de alimentare pilot cu combustibil diesel;

Modul Freeflow (curgere libere) – BOG-ul este livrat direct de la tancurile de marfă către tancurile de presiune fiind consumat direct cu sau fără ca acesta să fie ars cu sprijinul alimentarii pilot cu combustibil diesel;

Modul de încălzire al tancului de marfă/Eliberare a gazului – Gazul este luat direct din tancurile de marfă și este ars/consumat în combinație cu modul de alimentare pilot cu combustibil diesel;

Acumulare de gaz/Modul de răcire al gazulu – Gazul este luat direct din tancurile de marfă și este consumat în combinație cu modul de alimentare pilot.

Mai există o secvență de funcționare care implică secvența de purjare a gazului inert, asigurând eliminarea combustibilului din tubulatura unității GCU.

Unitatea GCU este prioectata astfel încât să funcționeze fiind alimentată cu un nivel de de aer în exces de 50%, acesta fiind asigurat de ventilatoarele de aer de ardere. Cantitatea de aer livrata de ventilatoarele de diluare a aerului (DA) mai adăugă un exces de 50% din cantitatea de aer necesară arderii. Scopul folosirii unei cantității ridicate de aer în exces constă în răcirea flacării și prevenirea supraîncălzirii a carcasei și camerei de ardere a unității “All Metal Oxidiser (AMOx safe)”, care face subiectul acestui studiu. Se va evita sub orice formă pornirea și exploatarea unității cu o cantitate redusă de aer în exces deoarece acest lucru ar putea avaria grav instalația.

Figura 3.1: Principul de circulare a aerului în GCU

Unitate GCU este total diferită față de un boiler prin faptul că utilizează ventilatoare suplimentare pentru tirajul de aer pentru a răci evacuarea instalației, dar și pentru a se asigura faptul că răcirea se face la o valoare cu mult mai redusă față de temperatură de autoaprindere a gazului natural, care este de circa 550 0C. Aceste ventilatoare suplimentare, după cum a mai fost menționat, sunt ventilatoare de diluare a aerului (DA) și sunt complet separate de vantilatoare camerei de ardere (CA) care au menirea de a asigura aerul și excesul de aer care este necesar pentru a realiza procesul efectiv de ardere a combustibilului gazos. Ventilatoarele DA mai asigura și circularea unei cantități de aer la viteză mare în secțiunea inelară dintre cilindrul din camera de ardere și carcasa sa externă, astfel asigurând răcirea pentru ambele carcase. În plus o parte din aerul de diulare este amestecat în suprafața interioară cilindrului camerei de ardere prin gaura inelară din jurul scutului flacării asigurând o curgere laminară a aerului pe suprafețele metalice. Dacă răcirea acestor component nu este asigurată în mod corespunzător, toate componentele GCU ar fi avariate.

Atunci când ventilatoarele DA și cele CA funcționează la capacitate maximă temperatura de gazelor de evacuare ar trebui să scadă sub valoare de 450 0C, dacă debitul de aer livrat este maxim.

GCU poate funcționa, în funcție de cantitatea de gaz care este arsă în unitate:

GCU poate rămâne în standby atunci când arzătorul de combustibil funcționează automat. Acest mod poate fi imlementat prin activarea modului de funcționare de tiraj forțat (FD) prin intermediul vantilatoarelor CA și DA;

GCU poate funcționa astfel încât să ardă 100% din BOG, debitul maxim de gaz fiind de 3846 de kg/oră. În acest mod se impune funcționarea a cel puțin un ventilator CA și două ventilatoare DA în condiții de sarcină maximă, însă dacă se afla în funcționare doar un ventilator DA, capacitatea de funcționare a GCU scade la doar 50%.

Oprirea de urgență a unității GCU – ESD (Emergency Shutdown – Opirea de urgență) consta în oprirea rapidă și sigură a tuturor surselor de aprindere și de alimentare cu combustibil gazos către unitate. Interblocările care generează ESD sunt manevrate de dispozitivele hardware care sunt legate în mod extern către BMS (Boil-off Management System – Sistemul de comandă al gazelor boil-off), prin PLC (Programatorul logic de comandă), folosind releele în mod logic pentru a izola valvele de combustibil și toate sursele de aprindere. Deasemenea, în aceste condiții se opresc și toate ventilatoarele, pompele de combustibil, cât și ventilatorul arzătorului de combustibil.

Oprirea de siguranță a unității GCU – Acest tip de operațiune, Oprirea de siguranță sau Decuplarea Normală duce la oprirea funcționarii într-o manieră sigură și controlată, oprindu-se toate componentele de pe instalația de combustibil și toate sursele de aprindere. Interblocările care generează oprirea de siguranță sunt legate direct de BMS sau de PLC și sunt văzute că intrări esențiale, fiind incorporând și toate verificările de siguranță și de diagnoză. În cazul acestui tip de oprire ventilatoarele de tiraj forța de combustie și ventialtoarele de diluare a aerului nu sunt mereu oprite, în aceste condiții, însă pompele de combustibil și ventilatorul arzătorului este oprit în scurt timp de la declanșarea opririi de siguranță.

3.1.2 Funcționarea sistemului de aprindere

Există trei moduri de separate de funcționare a sistemului de aprindere care pot fi selectate direct din cadrul unității AMOxsafe, de aceea operatorul trebuie să țină cont de modul de funcționare al unității GCU înainte de a selecta modul corespunzător de aprindere al instalației. Aceste moduri sunt:

Normal;

Aprinderea la energie mare (High Energy – HE) prin intermediul sistemului de combustibil pilot și prin aprinzătoarele HE retractabile;

Aprinderea BOG prin intermediul sistemului de combustibil pilot.

3.1.3 Pompele de combustibil diesel

Reglarea debitului și presiunii pompei se face automat prin descărcarea interioară. Valvele de siguranță integrate de pe pompe sunt montate în mod separate și se vor ridica dacă pompa dacă pompa pornește în mod necorespunzător, sau dacă flanșa de refulare rămâne închisă. Dacă aceste valve de siguranță prevăzute pe pompe se ridică în timpul funcționare normale pompa nu își încetează funcționarea, iar combustibilul diesel este circulat într-un sistem închis dintre pompe. Acest fenomen va duce la supraîncălzirea rapidă a pompelor, fiind oprite în mod automat de sistemul de comandă, dacă nu vor fi avariate sau distruse. Deasemenea combustibilul poate începe să curgă din pompa, acesta fiind captat de tava de picurare care este montată sub valva de descărcare a presiunii din pompa. Combustibilul diesel are calități de lubrifiere foarte reduse, mai ales la temperature ridicate, însă pompele de combustibil din cadrul acestui sistem au lubrifierea asigurată în acest mod.

3.1.4 Scannerele de flacără

Acestea sunt montate pe niște articulații de tip nucă pentru a permite alinierea corectă a vizulalizarii. În mod normal sunt setate pe poziție în timpul livrării și montării poziție, fiind fixate prin bolțurile de securizare. Odată ce a fost setată o linie de vizualizare sau traiectori aliniata perfect este permisă reglarea din articulația de tip nucă pentru a se regla orice dereglare survine în traiectorie. Totuși, unitatea GCU AMOxsafe folosește un singur arzător astfel, încât senzitivitatea amplificatoarelor scannerelor poate fi setată la o valoare foarte mare pentru a asigura transmiterea semnalelor de bună calitate fără a se ține cont de flăcările adiacente ce pot fi generate în mod adiacent.

3.1.5 Arzătorul

Dispunerea mecanică a arzătorului la dimensiunile corecte de reglare prezentate în schemele arzătorului GA este de o importanță deosebită. Aceste setări implica și reglajele longitudinale și radiale. Aceste reglaje trebuie să fie notate undeva și păstrate, deoarece se fac în timpul montajului și vor fi necesare ori de câte ori se efectuează lucrări de intervenție la unitatea de ardere. Aceste setări și reglaje se aplică și tijelor de reglare, diuzelor, jetului de combustibil și sitemului de combustibil pilot. Se va avea în vedere că tot sistemul să asigure un vârtej concentric care să își mențină dimensiunile în cadrul toleranțelor admise.

3.1.6 Injectorul de combustibil

Acesta este un tub cu un design concentric, în care poate fi montată sau demontata cu ușurință țeava de alimentare cu combustibil, separat față de ansamblul principal. Acest lucru permite și montarea și demontarea ușoară a diuzei pentru a permite curățarea acesteia și a injectorului.

Ansamblul principal al arzătorului este destul de greu, dar are și o lungime destul, de aceea, dacă se impune demontarea întregului ansamblu trebuie folosit un echipament de ridicare adecvat. Totuși, nu este permisă demontarea acestuia în momentele în care GCU funcționează normal.

Injectorul de combustibil asigura alimentarea cu combustibil diesel, din acest motiv acesta trebuie să fie alimentat la presiunea corectă, pentru a funcționa în mode corespunzător și pentru a asigura o flacără de combustibil pilot la dimensiunile și la intensitatea corectă. Valorile de setare a presiunii depind de setările făcute la pompa de combustibil diesel.

Pentru a funcționa normal, atunci când injectorul este în funcționare și vantilatorul de combustibil trebuie să fie în funcționare, cât și cele două valve de combustibil de tip fluture. După livrare și montare poziția valvelor trebuie să fie notata și păstrată pentru scopuri ulterioare.

3.1.7 Diuzele

Dacă combustibilul de tip BOG are calități superioare și este curat aceste diuze nu se vor bloca sau înfunda niciodată, însă în timpul funcționarii se va verifica orientarea și poziționarea lor. Dacă poziționarea nu este corectă acest lucru poate influența stabilitatea și poate duce la supraîncălzirea componentelor din sistem, precum pompele și injectorul.

3.2 AUTOMATIZAREA INSTALAȚIEI DE ARDERE A VAPORILOR DE GAZE BOIL-OFF

Automatizarea instalației de ardere a gazelor de tip boil-off se realizează prin tabloul de comandă conceput și instalat de compania Hamworthy pentru unitatea de combustie a gazelor (GCU), care va fi proiectat ca un procesor redundant cu două canale, fiind bazat pe un sistem de comandă de tip “stând alone” (de sine stator), de la care operatorul poate opera toate comenzile prin intermediul unei interfețe umane (HMI – Human Machine Interface – Inerfata Umană a Mașinii), folosindu-se de un display de tip touch-schreen, care permite operatorului comanda interfeței, monitorizarea alarmelor și controlul afișajului grafic. Integrarea în IAS-ul navei (IAS – Sistemul Integrat de Automatizare) se face, în mare parte, prin transferul de date care are loc printr-o rețea de comunicare de tip “Redundant Modbus”, care are scopul de a asigura afișajul grafic la distanță și comanda de bază pentru inițierea comenzilor și secventelor de start/stop. Există un mic număr de semnale ce au loc între Tabloul de Comandă al GGU și IAS pentru diferite semnale de declanșare sau decuplare. PLC-ul (Controler-ele Logice Programabile) din Tabloul de Comandă al GCU reprezintă esența automatizării acestei instalații și va fi configurat în modul “Modbus Slave RTU” în conformitate cu specificațiile instalație sau cu prevederile din contract. În esență, funcțiile principale ale tabloului de comandă al GCU sunt cele de a asigura Burner Management (Managementul Unității de Ardere a Gazelor) și Comanda Arderii/Comanda Analogica pentru Unitatea de Ardere a Gazelor AMOXsafe.

Figura 3.2: Programatoarele logice al instalației AMOx safe de tip inRA-x produse de “ProSoft Technolgy”

Burner Management – Poate fi descris ca acea parte a sistemului care monitorizează și comandă în mod automat arzătorul și componentele auxiliare care sunt implicate în procesul de pornire și oprire în siguranță a combustibilor arși, cum ar fi instalația de BOG, asistenta arzătorului de combustibil în secvențele corecte și modurile de funcționare ale GCU. Comanda sistemului Burner Management va fi efectuată în mod automat prin intermediul PLC-ului, de tip Allen Bradley ControlLogix.

Comanda Analogica a Sistemului de Ardere – Este acea parte din automatizarea sistemului care monitorizează și comanda sistemul de combustibil și de aer către GCU asigurând procesul de ardere are loc în parametrii corespunzători setați (cum ar fi debitul de aer și decombustibil), dar și menținerea acestora la valorile setate în orice moment, cât și faptul că cerințele sistemului sunt atinse pentru arderea combustibilului gazos. Comanda Analogica a Arderii va fi implementată de “ProSoft Tehnology”, ca parte a sistemului Burner Management. Semnalul analogic pentru debitul de ardere al GCU va fi primit prin intermediul unui cablu de legătură legat IAS-ul navei, direct către Sistemul de Manevrare al Mărfii și Sistemul de Control al Presiunii din Tanc. Bucla de comandă pentru presiunea din tancul de marfă trebuie să fie proiectată atfel încât să i se permită operatorului să introducă presiunea operațională dorită din tanc setând-o la un anumit punct și să aibă funcții de ieșire auto/manuale într-o funcție care acoperă cele șapte moduri de funcționare a unității GCU. Sistemul de comandă al GCU include și o serie de interblocări de protecție care au rolul de a preveni acțiunile necorespunzătoare cele poate efectua un operator, asigurând declanșările dispozitivelor de siguranță și supravegherea fuctionarii sistemului de flacără.

Figura 3.3: Configurația sistemului de automatizare cu programator logic PLC

3.2.1 Condițiile de declanșare a automatizării sistemelor de siguranță a unității GCU

Unitatea GCU este dotată cu un sistem automatizat de siguranță care nu permite pornirea sau efectuarea altor etape de funcționare a unității dacă aceste așa numite “GCU Common Trip Conditions” nu sunt eliminate. Următoarele interblocaje/condiții prezentate în cele ce urmează vor genera imposiblitatea de pornire sau vor duce la oprirea instalației într-o manieră sigură dacă. În aceste condiții de declanșare pompa de combustibil de serviciu și motoarele ventilatoarelor arzătorului de combustibil vor fi oprite, însă ventilatoarele de diluare și cele de forțaj vor rămâne în funcționare, în funcție de comenzile de pornire sau oprre date și de operatorul de tabloul principal de comandă. Aceste condiții de declanșare pot fi clasificate în funcție de importanta dispozitivelor pe care le acționează, astfel existând condiții de declanșare “Tip A”, “Tip B” și “Tip C”.

Următoarele interblocaje vor fi monitorizate în mod continuu și vor genera o condiție de declanșare de tip “A” în cadrul BMS-ului (Burner Management Control Sistem – Sistemul de Management al Comenzii Arzătorului) instalației de ardere:

Valva de gaz închisă sau blocată – Avarie Ventilator;

Detecție de gaz în sistemul închis de valve (nivel de peste 60%).

În cazul în care este declanșat semnalul pentru avaria ventilatorului se alimentează un releu de temporizare care permite pornirea unui alt ventilator care se afla în standby, într-un interval de 10 secunde. Când se primește un semnal corespunzător unei condiții de declanșare de tip “A” se va transmite și un semnal de închidere a valvei de alimentare către GCU prin intermediul rețelei IAS. În momentul în care a primit un semnal de acest tip automatizarea va iniția în mod automat și un proces de depresurizare a tubulaturii de alimentare cu gaz a unității BOG prin deschiderea valvei de tip ventil pentru purjarea tubulaturii.

Următoarele interblocaje/condiții de funcționare vor duce la declanșarea unui semnal de tip “B”, care va genera oprirea funcționarii arzătorului în condiții de siguranță și oprirea oricărei surse de aprindere către GCU. Ca și în cazul condițiilor de declanșare “A” pompa de combustibil de servici și ventilatorul arzătorului vor fi oprite, însă ventilatoarele de tiraj forțat și ventilatoarele de diluare vor rămâne în funcțiune până când condiția de declanșare va fi eliminată:

Temperatura de pe coșul de evacuare al gazelor este prea mare;

Avarie pe canalul de transmiși a temperaturilor de pe coșul de evacuare al gazelor;

Presiunea de aer instrumental prea scăzută;

Debit de aer pe ventilatorul de combustie Nr. 1 este prea mic;

Avarie pe canalul de transmisie a debitului de aer pentru ventilatorul de combustie;

Avariere ventilatorul de aer de combustie Nr. 1;

Temperatura prea mare pentru înfășurarea motorului ventilatorului de combustie Nr. 1;

Clapetul ventilatorului Nr.1 de combustie nu s-a închis;

Avarie ventilaturul de aer de combustie Nr. 2;

Temperatura prea mare pentru înfășurarea motorului ventilatorului de combustie Nr. 2;

Clapetul ventilatorului Nr.1 de combustie nu s-a închis;

Debitul prea mic de aer pentru ventilatoarele de diluare;

Avarie ventilatorul de aer de diluare Nr.1;

Temperatura prea mare pentru înfășurarea motorului ventilatorului de diluare Nr. 1;

Clapetul ventilatorului de diluare Nr. 1 nu s-a deschis;

Avarie ventilatorul de aer de diluare Nr.2;

Temperatura prea mare pentru înfășurarea motorului ventilatorului de diluare Nr. 2;

Clapetul ventilatorului de diluare Nr. 2 nu s-a deschis;

Avarie ventilatorul de aer de diluare Nr.3;

Temperatura prea mare pentru înfășurarea motorului ventilatorului de diluare Nr. 3;

Clapetul ventilatorului de diluare Nr. 3 nu s-a deschis;

Nivelul de combustibil prea ridicat (raportul de aer este prea ridicat);

Pierderea totală a flacării (ambele monitoare de flacăra ies din funcționare).

Următoarele interblocaje vor genera o condiție de declanșare de tip “C”, care va duce la oprirea funcționarii arzătorului într-o manieră sigură și controlată. Pompele de combustibil, ventilatoarele arzătorului de combustibil, de tiraj forțat de aer și de diluare de aer nu sunt oprite de GCU, rămânând în stare de funcționare prin intermediul unui puls de 24 V curent continuu, care trebuie să fie de GCU pentru oprirea motoarelor ventilatoarelor. Aceste interblocaje sunt puține la număr, însă vor fi monitorizate în mod continuu de BMS-ul unității GCU:

Pierderea alimentarii cu energie electrică a tabloului de comandă a GCU;

Avarie majoră la PLC-ul sistemului de comandă a GCU.

În afară de aceste condiții majore de declanșare a automatizării, există unele compenente care dispun de propriile lor sisteme de declanșare care au menirea de a asigura o funcționare sigură a acestora, cum ar fi condițiile de declanșare ale: arzătorului de combustibil, unității de ardere a gazelor de tip boil-off, sistmeului de purjare cu nitrogen al rețelei de tubulatura, purjării cu nitrogen a coșului de evacuare a gazelor evaporate arse.

Sistemul de automatizare a unității GCU permite și realizarea sigură a tuturor seecventelor normale de funcționare a acestei instalații. În cele ce urmează vor fi prezentate ce le mai importante dintre ele, fiind descrie acțiunile corespunzătoare.

3.2.2 Secvența de purjare

În cadrul secvenței de purjare există o serie de interblocaje care trebuiesc efectuate pentru a permite efectuarea acestei operațiuni, acestea sunt după cum urmează:

Trebuie verificarea stării de oprire de urgență (ESD) și îndeplinirea condițiilor de declanșare de tip “A”, “B” și “C”;

Toate valvele de siguranță prin care trec gaze generate de evaporarea mărfii (BOG) trebuie să fie închise;

Valva de purjare a nitrogenului treuie să fie închisă;

Valva de ventilare a tubulaturii de BOG trebuie să fie închisă;

Valva de ventilare a arzătorului trebuie să fie deschisă;

Toate valvele de combustibil de siguranță ale GCU trebuie să fie scoase de sub tensiune;

Alimentarea principală cu N2 (de pe traseul de tubulatura cu BOG) trebuie să fie închisă;

Valva de purjare cu N2 a arzătorului trebuie să fie închisă;

Toate sursele de flacăra trebuie să fie oprite;

Nu trebuie să fie semnale de avarie active.

Etapa de purjare este compusă din doi pași principali prepurjare și postpurjarea.

Un proces de prepurjare a GCU este efectuată automat în cadrul secvenței de start a unității GCU. Odată ce acesta etapă este efectuta și arzătorul a atins temperatura nominală de funcționare, atunci prepurjarea nu va mai fi efectuta din nou până în momentul în care arzătorul este pornit din nou prin relansarea unei secvențe de pornire. Secvența de prepurjare se realizează prin respectarea următorilor pași:

Condițiile active de interblocare prin intermediul secvenței sunt verificate după cum urmează:

Interblocajele GCU ESD sunt conrecte;

Condițiile de declanșare de tip “A” sunt corecte;

Condițiile de declanșare de tip “B” sunt corecte;

Condițiile de declanșare de tip “C” sunt corecte;

Condițiile de purjare ale coșului de evacuare a gazelor sunt corecte;

Condițiile de pornire ale arzătorului sunt corecte;

Se trimite un semnal de pornire pentru ventilatorul CĂ către panoul de comandă al pornirii electromotoarelor și se primește un semnal de cofirmare al funcționării motorului ventilatorului respectiv;

Se pornește temporizatorul ventilatorului CA pentru 10 secunde pentru a permite motorului ventilatorului să atingă viteza maximă, în acest fel se permite și realizarea presiunii nominale de funcționare a ventilatorului;

Se poziționează comutatorul ventilatorului aflat în serviciu pe poziția de prepurjare (comanda de ieșire prin bucla analogica de control);

Se trimite un semnal de pornire pentru ventilatorul DA către tabloul de pornire a motoarelor ventilatoarelor și se confirmă functonarea acestuia prin trimiterea unui semnal de feedback;

Se alimentează bobina clapetului aspirației ventilatorului DA pentru a permite deschiderea acestuia, acesta trebuind să se deschidă în maxim 30 de secunde;

Se pornește și al doilea ventilator DA prin aceeași procedură, cât și clapetul acestuia;

Se confirmă faptul că următoarele condiții de funcționare și interblocaje sunt corecte:

Setarea clapetului aspirației CA și setarea purjării;

Debitul de aer de combustie are debitul de aer de purjare > 90%;

Funcționarea a cel puțin un ventilator de diluare de aer (DA);

Se verifică faptul că cel puțin clapet al ventilatoarelor DA sunt deschise;

Se verifică valoarea minimă a debitului de aer de diluare.

Dacă una din condițiile sau interblocajele de mai sus nu sunt confirmate în mod corespunzător atunci în timpul desfășurării secvenței de prepurjare se declanșează o alarmă, impunându-se o repornire a acestei secvențe. Clapetii ventilatoarelor vor rămâne în poziția deschisă pentru a permite funcționarea continuă a ventilatoarelor.

Se pornește temporizatorul de prepurjare, fiind setat la o perioadă de cel puțin 45 de secunde pentru a atinge valoarea nominală a volumului de aer din coșul de purjare a aerului;

Terminarea procesului de prepurjare. Se poziționează clapetul ventilatorului de servici CĂ în poziția de setare a inițieri procedurii de pornire.

După efectuarea unei secvențe de “Stop” a unității GCU se efectuează în mod automat o secvență de “Postpurjare”. Debitul nominal de aer nu va depăși o valoare a debitului înregistrat de ventilator în momentul inițierii secvenței de oprire. Secvența de automatizare a acesteia include parcurgerea următorilor pași:

Semnalul de declanșare a secvenței de postpurjare este primit atunci când începe oprirea normală arzătorului. Monitorizarea continuă a condițiilor active de interblocare prin secvența se verifică prin interblocajul corect al opririi de urgență a unității GCU;

Se pozitoneaza clapetul ventilatorului CĂ în poziția setării corespunzătoare aprinderii și se deschide calea de aer prin unitatea GCU;

Se pornește temporizatorul secvenței de postpurjare (setat la valoarea de 15 secunde) pentru a permite evacuarea cobustibililor gazoși care au mai rămas în GCU, cu arzătorul aflat în stare de fuctionare;

Secvența de postpurjare ia sfârșit. Se menține poziția clapetului ventilatorului CA în poziție deschisă. Se mențin și clapetii ventilatoarelor DA în poziție deschisă;

Se confirmă următoarele condiții și interblocaje într-o perioadă de maxim 30 de secunde după ce începe secvența de postpurjare:

Clapetul ventilatorului CA la setarea poziției de aprindere;

Ventilatorul CA își menține debitul în intervalul >25% & <35%.

Pentru oprirea manuală a unității GCU se oprește funcționarea ventilatoarelor CA și DA în conformitate cu normele de exploatare prevăzute de producător;

Clapetii ventilatoarele CA și DA sunt comandate să revină în poziția închis.

3.2.3 Pornirea Arzătorului de Combustibil (Aprinzătorul HE – High Energy)

Este oprit arzătorul de combustibil;

Unitatea GCU devine disponibilă, iar interblocările arzătorului de combustibil au fost resetate și verificate în mod corespunzător și sunt bune pentru a lansa arderea, fiind monitorizate în continuu în timpul secventelor de aprindere și ardere;

Semnalul de pornire a GCU este primit (Manual sau Automat) prin selectarea poziției comutatorului Local (de la HMI) sau De la Distanță (prin IAS);

Se alege ventilatorul care urmează să fie în serviciu și se trimite un semnal către tabloul de pornire al electromotoarelor trimițându-se înapoi un semnal de feedback care confirmă funcționarea ventilatorului;

Se alege pompa de comubustibil care urmează să fie în serviciu și se trimite un semnal către tabloul de pornire al electromotoarelor trimițându-se înapoi un semnal de feedback care confirmă funcționarea pompei, iar acest semnal trebuie să fie recepționat în maxim 5 secunde;

Se efectuează între tip secvența de prepurjare;

Se verifica funcționarea ventilatorului arzătorului și valoarea minimă presiunii acestuia;

Se verifica funcționarea pompei și valoarea minimă a presiunii acesteia;

Se verifică dacă poziția clapetului aspirației ventilatorului este în poziția de aprindere iar debitul de aer trebuie să fie între valorile nominale de >25% &<35%;

Se înaintează și se alimentează cu energie electrică aprinzătorul HE care urmează să intre în funcționare, acest procedeu durand 10 secunde;

Se deschid valvele de blocare a traseului de combustibil;

Se pornește sistemul de detectare a flacării în maxim 10 secunde de la deschiderea valvelor de pe traseul de tubulatura de combustibil;

Se retrage aprinzătorul HE în poziția de stagnare și se scoate de sub tensiune;

Durata de stabilizare a flacării este de maxim 5 secunde;

În acest moment arzătorul funcționează normal.

Se comută poziția clapetului ventilatorului CA în poziția de ardere pentru a menține un raport aer/combustibil corespunzător.

3.2.4 Pornirea Automată a Arzătorului de Combustibil (Aprinderea BOG-ului)

Aceasta descrierea prezintă secventa operațiunilor și condițiilor necesare pentru secvența de “AutoStart” a arzătorului de combustibil direct din flacără de ardere a BOG-ului atunci când flacăra BOG-ului scade sub o intensitate de < 10%.

Arzătorul de combustibil se oprește și sistemul de ardere a BOG-ului pornește automat;

Interblocajele ale arzătorului de combustibil sunt resetate și verificate să funcționeze în mod corect pentru ardere și sunt monitorizare în mod continuu prin intermediul secventelor de aprindere și de ardere;

Când debitul de BOG în instalația de ardere scade sub 10% arzătorul pornește în mod automat;

Se pornește pompa de servici de combustibil;

Se confirmă funcționarea sistemului de ardere a BOG-ului (valva de alimentare cu BOG către arzător rămâne în poziția deschis și pornește sistemul de detectare al flacării);

Se deschid valvele de blocare a BOG-ului;

Flacăra rămâne aprinsă în mod continuu, starea și intensitatea ei fiind monitorizată permanent;

Arzătorul de BOG începe să funcționeze în tandem cu arzătorul de combustibil.

3.2.5 Oprirea Arzătorului de Combustibil

Se primește semnalul de oprire a GCU (Manual sau Automat) de la poziția de pornire setată inițial, Local (HMI) sau De la Distanță (IAS), sau “Auto Oil Stop” atunci când BOG este ars în mod combinat cu combustibil, iar debitul de BOG crește peste 15%;

Dacă este ars și combustibil BOG atunci punctul c) nu mai este efectuat ;

Se înaintează poziția aprinzătorului HE, fiind introdus în arzător, urmând să fie alimentat cu energie electrică;

Se închide blocul de valve de alimentare cu combustibil;

Se oprește pompa de combustibil aflată în funcționare;

Se deschide valva purjare a aerului;

Se purjează sprayerul de combustibil pentru o durată de 10 secunde;

Se închide blocul de valve de purjare;

Se retrage și se taie alimentarea aprinzătorului HE;

Se oprește ventilatrul CA aflat în funcționare;

Se oprește arzătorul de combustibil;

Se comută poziția clapetului ventilatorului DA în poziția de aprindere în a arzătorului de combustibil;

Se efectuează o secvență de postpurjare.

În figură de mai jos este reprezentată în mod grafic ciclul de funcționare al acestui arzător de combustibil, în funcție de presiunea și debitul de alimentare cu BOG a motorului principal. Se pate observă că acesta nu are o funcționare continuă, din timp ce, la debite de BOG mai mari motorul principal funcționează numai cu vapori de gaz.

Figura 3.4: Funcționarea (intervalele de oprire și oprire) arzătorului de combustibil diesel în funcție de debitul de BOG pe oră

3.2.6 Pornirea Sistemului de Ardere a BOG (Aprindere cu Arzătorul de Combustibil)

Această secțiune prezintă secventa operațiunilor și condițiilor necesare pentru a realiza arderea a vaporilor de gaz rezultați prin evaporarea mărfii (BOG) cu aprinderea prin intermediul arzătorului de combustibil (diesel):

Toate interblocajele și declanșările a unității GCU și a arzătoarelor de combustibil și de BOG au fost verificate și resetate în mod corect pentru a asigura condițiile de inițiere a secvenței de ardere, fiind monitorizate în mod continuu secvențele de aprindere și de ardere. Nu este posibilă aprinderea directă a BOG-ului. Pentru a putea asigura aprinderea corespunzătoare a BOG-ului trebuie să fie efectuată secvența de aprindere a arzătorului de combustibil. Când semnalul de pornire a GCU este primit (în mod manual sau automat) secvența va porni mai întâi arzătorul de combustibil diesel, înainte de a porni automat pornirea arzătorului de BOG;

Se primește semnalul de pornire a GCU (Manual sau Automat) de la poziția de comandă selectată HMI sau IAS;

Se pornește arzătorul de combustibil;

Arde combustibilul diesel, se stabilizează flacără și se monitorizează;

Se verifică dacă valva de ventilație de pe tubulatura de alimentare cu BOG este închisă;

Se verifică dacă valva de pe linia de purjare cu nitrogen de pe tubulatura de alimentare cu BOG este închisă;

Se deschide valva alimentarii principale cu BOG, iar semnalul de deschidere este transmis prin comanda de la distanță IAS, folosindu-se rețeaua de comuncare;

Se verifică dacă este închisă valva de control a curgerii BOG prin tubulatura de alimentare;

Se comută valva de control a curgerii BOG-ului în poziția corespunzătoare arzătorului aprins;

Se deschide clapetul ventilatorului CA, asigurându-se o poziție astfel încât debitul nominal să aibe valori între >25% &>35%, acest lucru efectuându-se pentru ambele ventilatoare CĂ;

Se închide valva de ventilare a tubulaturii de BOG;

Se verifică închiderea valvei menționate în pasul de mai sus;

Se deshide valva de pe trasul de alimentare cu gaz al arzătorului de BOG;

Se verifică dacă valva de închidere a arzătorului BOG nu este închisă;

Flacăra rămâne monitorizată în permanență asigurându-se faptul că mereu detectabilă;

Începe să funcționeze sistemul de ardere a combustibilului diesel în combinație cu BOG;

Temperatura BOG este monitorizată în permanență în toate modurile de comandă a BOG, în timp ce valvele de pe traseul de alimentare cu BOG rămân deschise. În primele 5 minute se urmărește deschiderea valvelor BOG, iar dacă temperatura BOG-ului scade sub -15 0C se va declanșa procedura de oprire de siguranță a unității. După 5 minute de la deschiderea valvelor de BOG valoarea de desclansare a sistemului de siguranță crește la 0 0C, iar dacă temperatura BOG-ului scade sub aceste valori atunci se declanșează secvența de oprire de siguranță a GCU;

Sistemul de management al GCU va transmite semnale de comandă către sistemul de control a presiunii din tancurile de marfă prin intermediul rețelei de comunicare IAS, confirmând faptul că BOG este ars sau consumat, comutând acest sistem de pe modul manual pe modul automat, fără intervenția operatorului. Acest lucru va asigura faptul că GCU va dispune de un debit variabil de BOG, generând un semnal de ieșire. Sistemul de Comandă al GCU degajează aerul de combustie pentru a modula, iar după încă două secunde va comanda valva de comandă a debitului de BOG, permițând modularea în conformitate cu cerințele sistemului analog de comandă care are ca punct de referință volumul nominal de BOG ars.

3.2.7 Oprirea Sistemului de Ardere a BOG

Automatizarea opririi este deosebit de importantă pentru unitate GCU, deoarece este posibil ca arzătorul de BOG să funcționeze în mod combinat cu arzătorul de combustibil, care îi și asigură pornirea acestuia. Oprirea arzătorului BOG trebuie efectuată neapărat înaintea opririi arzătorului de combustibil diesel

Semnalul de stop a unității GCU este trimis în mod automat sau manual de la poziția de comandă aleasă de la HMI sau de la IAS. Când se primește semnalul de oprire a GCU și este în funcționare sistemul combinat de ardere (combustibil și vapori de gaze), secvența va declanșa mai întâi oprirea arzătorului de BOG, apoi va fi oprit automat și arzătorul de combustibil. Dacă atunci când se primește comanda de oprire a unității de GCU se afla în funcționare doar arzătorul de BOG, atunci arzătorul de combustibil va porni în mod automat ca și parte a secvenței de oprire. Pornirea arzătorului de combustibil este efectuată doar prin reducerea debitului de BOG la o valoare mai mică de 10%, astfel reducându-se în mod automat volumul de BOG din ardere;

Dacă se afla în funcționare ambele arzătoare atunci secvența de oprire va porni direct de la punctul d);

Se reduce nivelul volumului de BOG la o valoare mai mică de 10% pentru a iniția în mod automat pornirea arzătorului de combustibil;

Se confirmă funcționarea arzătorului de combustibil;

Se închide valvele blocare a traseului de BOG;

Se deschide valva de ventilare a arzătorului de BOG;

Se închide valva de pe traseul principal de BOG, semnalul de solicitare a închiderii fiind dat prin intermediul rețelei de comunicare a IAS. Dacă aceasta valvă nu este închisă în mai mult de 30 de secunde atunci un semnal de alarmă este declanșat direct în cadrul sistemului central de alarmare a navei;

Sistemul de comandă al GCU va trimite un semnal către comandă presiunii din tanc prin intermediul sistemului de comunicare IAS, iar dacă sistemul nu arde BOG, atunci sistemul este trecut din modul manual, atunci unitatea IAS va transmite informația de ardere O% BOG prin intermediul unui semnal de ieșire;

Se efectuează o purjare automată cu nitrogen pe traseul de tubulatura al BOG, până la blocul de valve de blocare;

Se finalizaeaza procesul de purjare al tubulaturilor de BOG;

Oprirea arzătorului BOG. Dacă se primește semnalul de comandă de oprire pentru GCU, atunci sistemul de automatizare va închide direct și arzătorul de combustibil diesel.

3.2.8 Purjarea cu nitrogen a tubulaturii de alimentare cu BOG

Această secțiune prezintă secventa operațiunilor și condițiile necesare pentru realizarea procesului de purjare cu nitrogen a tubulaturii de alimentare cu BOG după trecerea de blocul de supape de blocare până la valva de blocare a alimentarii arzătorului de BOG. După purjarea cu nitrogen (N2) tubulatura este ventilata prin intermediul unei valve de ventilare. Purjarea cu nitrogen a acestei secțiuni de tubulatura este inițiată mod manual de către operator folosind comenzile de pe ecranul HMI al tabloului de comandă a GCU, asigurându-se faptul că toate interblocajele permit efectuarea acestei operațiuni.

Interblocajele declanșărilor procesului de purjare cu nitrogen sunt resetate și verificate pentru a se asigura o purjare corespunzătoare a tubulaturii de alimentare a cu BOG;

Se primește comanda de start cu N2 a tubulaturii de alimentare cu BOG (doar în mod manual de la tabloul de comandă HMI);

Se verifică dacă valva de alimentare cu BOG este închisă;

Se verifică presiunea de la valva de alimentare de pe traseul de alimentare cu BOG, valoarea presiunii trebuind să fie mai mare ca cea minimă permisă;

Se verifică dacă valva de ventilare după purjare este închisă;

Se verifică dacă valva de purjare a instalației de alimentare cu BOG este închisă;

Se verifică dacă valvele de închidere sunt închise;

Se verifică dacă valva de ventilare a arzătorului este deschisă;

Se poziționează valvele de comandă a debitului de BOG în poziție 100% deschise;

Se poziționează valva de comandă aflată în funcționare la o poziție deschisă de cel puțin 25%;

Se deschide valva principală de alimentare cu nitrogen;

Se verifică dacă valva principal de alimentare cu nitrogen este deschisă;

Se deschide valva de ventilare a purjării pentru câteva secunde;

Se închide valva principală de alimentare cu gaz de purjare;

Se închide valva de ventilare a traseului de nitrogen;

Se poziționează valva de comandă a debitului de BOG în poziție corespunzătoare poziție de aprindere;

Celelalte valve care nu sunt în funcționare se poziționează în poziția închisă;

Purjarea cu nitrogen este completă.

3.2.9 Purjarea cu nitrogen a arzătorului de BOG

Acesta secțiune prezintă toate secvențele de funcționare și condițiile necesare pentru a realiza o purjare automată a tubulaturii care alimentează arzătorul de BOG cu vapori de gaz, traseu luat în considerare după blocul de valve de închidere a arzătorului.

Se resetează toate interblocajele de pe tubulatura arzătorului de BOG și se verifică dacă sunt corecte pentru a putea asigura o purjare corespunzătoare;

Se primește semnalul de purjare a tubulaturii de alimentare a arzătorului BOG (în mod manual sau automatic);

Se verifică presiunea de purjare a tubulaturii, valoarea trebuind să fie mai mare decât cea minimă;

Se verifică dacă valvele de alimentare cu BOG sunt închise;

Se verifică dacă valva de ventilare a arzătorului de BOG este deschisă;

Se deschide valva de blocare pentru purjarea cu nitrogen a arzătorului de BOG și se deschide și valva de purjare a tubulaturii de alimentare cu BOG pentru 5 secunde;

După două secunde de la deschiderea acestei valve se verifică presiunea gazului de purjare a tubulaturii de alimentare cu BOG a arzătorului. Dacă presiunea nu are valoarea minimă atunci se continua operațiunea până când se realizează o purjare corespunzătoare a tubulaturii;

Se închide valva de blocare pentru purjarea nu nitrogen a tubulaturii de alimentare a arzătorului de BOG;

Purjarea tubulaturii de alimentare a arzătorului cu N2 este completă.

3.2.10 Depresurizarea tubulaturii de alimentare cu BOG

Depresurizarea tubulaturii de alimentare cu BOG este inițiată în mod automat la închiderea valvei principale de închidere a alimetarii cu BOG, din pzitia să deschisă.

Se verifică dacă valva principală de închidere a alimentarii cu BOG este în poziție deschisă;

Valva principală de închidere a alimentarii cu BOG trebuie să fie închisă dup ace primește comanda de închidere;

Se verifică dacă valva principală de alimentare cu gaz de purjare (nitrogen) este inchsa;

Se deschide valva de ventilare a tubulaturii de alimentare cu BOG, acesta fiind scoasă de sub tensiune pentru a se deschide;

Se deschide valva de ventilare a tubulaturii de purjare;

Se confirmă poziția valvelor specificate la punctele de mai sus, toate trebuind să rămână în poziția deschisă;

Depresurizarea tubulaturii de alimentare cu gaz de tip BOG este temporizata pentru o perioadă de 10 secunde (acesta perioadă este determinată și setată)

Se închide valva de ventilare a tubulaturii de alimentare cu BOG (acesta fiind scoasă de sub alimentarea cu energie electrică pentru a fi închisă);

Se închide valva de ventilare a tubulaturii de purjare pentru tubulatura de alimentare cu BOG;

Depresurizarea tubulaturii de alimentare cu gaz de tip BOG este completă.

În continuare vor fi prezentate diagramele de automatizare și cele de lucru ale unora din secvențele prezentate mai sus, care sunt aplicate în cadrul comenzii instalației de ardere a vaporilor de gaze rezultați din evaporarea încărcăturii din tancurile de la bordul navei “Maran Gas Efessos”.

Figura 3.5: Diagrama de lucru a automatizării pentru secvența de pornire a arzătorului de combustibil

Figura 3.6: Diagrama de lucru pentru secvența pornirii sistemului de ardere a gazului de tip BOG

Figura 3.7: Diagrama de lucru pentru secvența de purjare a tubulaturii de alimentare cu gaz de tip BOG

Figura 3.8: Diagrama de lucru pentru secvența depresurizare a tubulaturii de alimentare cu gaz de tip BOG

Figura 3.9: Diagrama de oprire de urgență a unității GCU

Figura 3.10: Secvențele de verificare automată a închiderii/deschiderii valvelor

CAPITOLUL IV

MENTENANȚA ȘI EXPLOATAREA SISTEMULUI DE ARDERE A VAPORILOR DE GAZ NATURAL DIN TANCURI

4.1 EXPLOATAREA SISTEMULUI DE ARDERE A GAZELOR DE TIP „BOIL-OFF”

Instalațiile și echipamentele descrise în cadrul acestui proiect au fost proiectate pentru a fi exploatate doar de către personalul instruit în acest sens. Operatorului/proprietarului i se cere să se asigure că este pregătit și că îi pregătește pe cei care sunt implicați în procesul de exploatare a echipamentului de ardere, dar și ale celorlalte echipamente care intră în componența instalației, respectându-se recomandările producătorului, care sunt specificate în manualele de exploatare, împreună cu standardere de siguranță și cu procedurile. Este foarte important că personalele care răspund de aceste tipuri de instalații să primească, dar și să transmită, toate datele primite de la Hamworthy, către întreg personalul care exploatează sau care ar putea să intre în contact cu instalația analizată. În mod particular se va pune accent pe importanta regulilor de exploatare în condiții normale, cât și pe atenția acordată instrucțiunilor și procedurilor normelor standard, de exemplu: orice capac sau orice echipament etanș din cadrul instalației trebuie să fie demontat și verificat doar de către personalul pregătit în acest sens.

Echipamentele de acest sunt produse de mulți ani de zile fără a genera probleme în ceea privește probleme de sănătate și de siguranță, în condițiile în care este utilizat în mod normal. Pe parcursul cercetărilor și dezvoltărilor acestei instalații compania a ținut cont de toate prevederile din „Health and Safety Work Act”, toate prevederile fiind pe cât mai posibil practicabile, fără să se ridice chestiuni neclarificate privind sănătatea și siguranța personalului care exploatează BOG.

Pentru nava „Maran Gas Efessos”, atunci când se analizează exploatarea instalației de ardere a gazelor de tip boil-off, trebuie făcute următoarele mențiuni referitoare la montajul acestei instalații la bordul navei, dar și a echipamentelor sale auxiliare:

Controlerul Logic Programabil (PLC-ul) și amplificatoarele de flacăra ale sistemului de management al instalației de ardere au fost presetate și setate pentru a corespunde nevoilor navei în timpul livrării și montării la bordul navei. Sub nicio formă nu trebuie să se intervină la setările sau la parametrii de funcționare ale acestor echipamente auxiliare. Dacă se constată vreo situație de nefuncționalitate ce poate fi generată de aceste echipamente, trebuie mai întâi să se analizeze bine înainte de a monta aceste echipamente. Orice componenta suspectă sau nefuncționala trebuie înlocuită cu totul și nu reparată;

Sistemul dispune de nenumărate interblocaje și caracteristici de siguranță. Acestea au fost încorporate pentru a conferi un nivel ridicat de siguranță al instalației. Totuși, există și un număr ridicat de funcții ce sunt executate manual, iar acestea treuie să fie efectuate de către operatorii pregătiți în acest sens;

Dacă apare vreo disfuncționalitate în cadrul echipamentului de scanare al flacării sau în cadrul echipamentului care asigura desfășurarea secventelor sistemului de management al arderii, componenta trebuie să fie înlocuită imediat. În aceste situații ar putea fi necesară și recomisionarea instalației. Așadar, înainte de pornirea sistemului în mod automat trebuie să se efectueze o verificare intensă și includerea înlocuirii pieselor defecte;

Când condițiile de funcționare permit, arzătoarele ar trebui să fie închise și verificate cel puțin odată pe săptămână. Acest lucru asigura faptul că toate componentele mobile ale sistemului de ardere sunt funcționale, dar se verifică și funcționarea corectă a sistemului de management al arzătorului;

În orice moment, în situațiile în care aprinzătorul de energie ridicată sau alte conexiuni ale acestui echipament au fost înlocuire, iar acesta a fost reconectat (cum ar fi demontarea aprinzătorului), conexiunile trebuie să fie verificate în mod corespunzător înainte de reluarea alimentarii cu energie electrică a aprinzătorului HE;

Toate echipamentele trebuie să fie exploatate doar de acei membrii ai echipajului care au urmat cursurile puse la dispoziție de către Hamworthy-Combustion Engineering;

Când se lucrează la orice componentă a oricărui echipament din cadrul instalației de ardere a gazelor de tip boil-off trebuie să se țină cont în mod strict de cerințele de siguranță în muncă și toate procedurile de siguranță de la bordul navei;

În orice moment echipamentul trebuie să fie instalat și exploatat ținându-se cont de condițiile de siguranță și de normele tehnice de exploatare, acest lucru trebuind să fie esențial atunci când se lucrează cu materiale explozibile sau inflamabile, așa cum sunt combustibilii.

Echipamentele montate la bordul navei „Maran Gas Efessos” au fost proiectate să funcționeze pe bază de combustibili, cât și în condițiile menționate în capitolele anterioare. Orice modificare propusă pentru componentele funcționale ale acestor instalații trebuie să se facă în colaborare cu compania producătoare, aceste mențiuni fiind valabile și pentru echipamentele de siguranță ale acestora.

4.1.1 Exploatarea în siguranță a echipamentului de ardere

Atunci când vine vorba doar de echipamentul de ardere al instalației de ardere a gazului de tip boil-off, pentru o funcționare sigură a acestor echipamente trebuie să se țină cont de următoarele:

Când se prelucrează instrucțiunile de exploatare ale acestor instalații trebuie să se țină cont și de instrucțiunile de exploatare ale instalațiilor adiacente care funcționează odată cu ele;

Orice scurgere de combustibil trebuie să fie analizată și să fie raportată. Dacă se constată o scurgere de combustibil intervenția asupra sa trebuie să se facă fără întârzieri. Unitatea GCU nu trebuie pornită sub nicio formă dacă se constată scurgeri de combustibil;

În zona în care este montată instalația și echipamentele de ardere nu trebuie să existe gunoaie sau deșeuri, dar nici în zonele echipamentelor adiacente;

Se va asigura faptul că toate aspirațiile ventilatoarelor sunt adăpostite;

Tablourile electrice și cutiile de conexiuni nu trebuie să aibe ușile frontale demonatate atunci când sunt alimentate cu tensiune. Dacă situația impune să se facă o intervenție de mentenanța asupra acestor tablouri electrice cât încă sunt sub tensiune atunci acest lucru va fi efectuat doar de personalul de la bordul navei care este autorizat în acest sens, iar capacele și ușile frontale trebuie să fie înlocuite sau montate imediat la loc. Toate procedurile de lucru trebuie să fie efectuate în concordanță cu reglementările aplicabile pentru compartimentul mașinilor;

Nu este permisă intrarea în camera de ardere a unității și nici în galeriile de aer sau de gaz, de exemplu, în situațiile în care se efectuează inspecții, totuși aceste situații sunt permise doar când arzătorul este izolat, alimentarea cu energie este oprită, însă trebuie să se atenționeze din timp personalul despre lucrările ce urmează a fi efectuate, iar instalația trebuie să fie lăsată să se răcească șiș a fie ventilata. Toate procedurile trebuie să fie în conformitate cu procedurile aplicabile la bordul navei;

Se va asigura faptul că nimeni nu se poate apropia sau va avea acces la tubulaturile fierbinți. Accesul către aceste zone va fi restricționat;

Interblocajele de siguranță sunt absolute necesare. Șu nicio formă aceste nu trebuie să fie anulate. Odată ce a fost sesizată o avarie asupra unui interblocaj acest interblocaj trebuie să fie înlocuit imediat înainte de repunerea în funcțiune a instalației;

Se va asigura faptul că în orice moment există o rezervă corespunzătoare de piese de schimb, din timp ce compania producătoare nu poate asigura în timp scurt înlocuirea eventualelor piese de schimb. Lipsa pieselor de schimb poate duce la exploatarea instalației cu echipamente deconectate sau cu echipamente de monitorizare scurtcircuitate, iar aceste fenomene pot genera situații deosebit de periculoase;

Aerul presurizat la presiuni foarte ridicate trebuie să fie folosit doar atunci când toate manomentrele și toate regulatoarele de presiune funcționează perfect;

În caz de avarie nu se vor face încarci repetate de pornire a arzătorului. Dacă nu se poate genera o flacără corespunzătoare după dou încercări consecutive de pornire se va efectua o inspecție tehnică pentru a determina cauza. Încercările repetate consecutive într-o perioadă scurtă de timp poate duce la acumulară de gaz în tubulatura, iar într-un anumit punct această acumulare poate genera o explozie;

Se recomandă ca toți operatorii a instalației de ardere a gazului de tip boil-off să fie pregătiți înainte de exploatarea acesteia.

4.1.2 Exploatarea în siguranță a ansamblului arzător de tip Dual Fuel

Acest dispozitiv denumit și de „The Hamworthy DF Burner” (Dispozitivul de ardere Hamorthy Combustibil Dual) își are denumirea de la principiul sau de funcționare. Aerul de combustie este introdus prin fereastra laterală în spațiile circulare din jurul cosulului de fum. În carcasa arzătorului debitul de aer este direcționat, astfel pe două căi secundare. Debitul principal de aer este divizat și mai departe de prima zonă de turbionare a aerului.

Componenta turbionară a debitului secundar de aer este presetata din fabrică și nu poate fi ajustată în timpul funcționarii unității, excepție făcând doar personalul autorizat care și montează acest dispozitiv. Divizarea internă a debitului de aer modelează forma flacării care este realizată prin setarea dată unghiului de turbionare, fără a influența debitul primar de aer, care este folosit pentru stabilizarea intensității flacării. Inelul de divizare a aerului are și efectul de setare a zonelor aerodinamice în stadiile de început ale flacării, permițând o amestecare rapidă a aerului și a combustibilului.

Pe traseu este introdusă și o vană a unei valve de control pentru a permite o trecere a aerului de combustie atunci când se aprinde sau când se stinge dispozitivul de ardere. Când este închis gradul de curgere a aerului este prezent. Deasemenea se montează și un dispozitiv de acționare pneumatică dotat cu limitatoare care permite sistemului de management al arzătorului să efectueze mutările în pozițiile „închis” și „deschis”.

Pe placa frontală al admisiilor de aer sunt montate ghidaje pentru capurile detectoarelor principale de flacără. Acestea sunt dotate cu un pivot care permite optimizarea semnalului citit de aceste detectoare. Pe placa frontală sunt montate și două vizoare care permit operatoruluis să vizualizeze flacăra din arzător.

Prin centrul admisiei arzătorului este montat un pulverizator de combustibil prin care trece combustibilul. O diuza de combustibil este înșurubata în capătul injectorului. Celălalt capăt al injectorului este atașat către tubulatura ansamblata de pe instalația de combustibil. Pe placa frontală a arzătorului se montează și aprinzătorul de înaltă energie care este utilizat pentru aprinderea flacării principale. În funcționare aprinzătorul pătrunde pe aspirația de aer prin intermediul primului vârtej de aer. Acest aprinzător este manevrat prin intermediul unui cilindru pneumatic, care îi permite avansarea și retractarea.

Secțiunea arzătorului care este montată pe admisia de aer este compusă dintr-o cutie internă de gaze care face parte din placă frontală, cu o singură flanșa care asigură conexiunea de aspirație a aerului. Manevra internă de aer este montată prin montajul unor conexiuni de tip bolțuri, pe care sunt montate și ștuțurile de gaze. Ștuțurile individuale de gaze sunt montate pe aspirație și au o legătură directă cu turbionul principal de aer. Acestea sunt montate astfel încât să poată fi demontate cu ușurință de fiecare dată când este nevoie. Diuza de pe fiecare ștuț este produsă din inox și face fața tipului de combustibil ce urmează a fi ars.

4.2 INSPECȚIA TEHNICĂ ȘI MENTENANȚA GENERALĂ A INSTALAȚIEI

Deși reprezintă o componentă esențială a procesului de instalare, livrarea și montarea instalației parte foarte mică a întregului proces de exploatare și funcționare a instalației. De aceea este foarte important că instrucțiunile de exploatare a instalației de ardere a gazelor de tip boil-off să fie luate ca reper atunci când se asigura mentenanța acesteia. Instrucțiunile de întreținere trebuie să fie urmate pentru a asigura funcționarea sigură și eficientă a echipamentelor de ardere și trebuie să fie aplicate în conjuctie cu celelalte echipamente ale instalației de ardere a gazelor. Aceste instrucțiuni trebuie să fie prelucrate tuturor marinarilor care urmează să exploateze instalația. Scopul inspecțiilor regulate și a procesului de mentenanța este cel de a preveni, asigurând faptul că situațiile potențiale periculoase sunt evitate, iar costurile de producție și exploatare sunt reduse în mod semnificativ. Instrucțiunile enumerate mai jos reprezintă niște checklist-uri ce sunt recomandate să se efectueze la un interval de două săptămâni, însă unele din componente necesita o inspecție ceva mai frecvență.

Admisiile arzătoarelor DF – este foarte important că aceste echipamente să se mențină curate și în condiție de funcționare foarte bună, pentru a asigura faptul că arzătorul funcționează la capacitate corespunzătoare.

Prin aceste admisii trec cantității mari de aer plin de praf, mai ales în zonele de exploatare intensă, iar acest lucru duce la formarea de depuneri pe admisiile de aer ale arzătoarelor de combustibil dual. Inspecțiile trebuie să fie efectuate la intervale regulate, de preferat fiind că aceste verificări să fie efectuate într-o manieră planificată pentru a include și următorii pași:

Zona turbionară primară șic ea secundară, cât și toate suprafețele adiacente al acestor zone, care sunt expuse la radiații intense, fiind necesară verificarea nivelului de depuneri de hidrocarburi arse, sau de erzoiune prin expunere la temperatura ridicate;

Zona coșului de fum trebuie să fie verificată trebuind să se miște în ambele direcții;

Se verifică dacă aspirațiile ventilatoarelor sunt curate și dacă nu existe materiale care să obstrucționeze intrarea pe aspirație.

Se poate observa faptul că anumite activități de verificare și întreținere impune intrarea și accesul în furnalul instalației sau prin spațiile de circulare a aerului, astfel încât acestea trebuie să fie efectuate doar atunci când instalația este oprită și răcită, în conformitate cu procedurile speifice la bordul navei.

Se va avea în atenție faptul că suprafețele expuse direct la flacăra și la radiații trebuie să fie analizate în detaliu, acestea putând fi având rezistenta slăbită din cauza eroziunii și expunerii la temperaturi ridicate.

Pulverizatoarele de combustibil – Este foarte important că aceste dispozitive să funcționeze la capacitatea corespunzătoare și să fie menținute mereu curate și în condiție bună de funcționare. Inspecțiile și verificările trebuie să fie efectuate cu regularitate, de preferat fiind că aceste inspecții să fie planificate, fiind necesar să includă:

Pulverizatoarele de combustibil trebuie să fie curățate mereu;

Secțiunea de alimentare cu gaze – această zonă trebuie să fie verificată simultan cu capetele diuzei pentru a asigura faptul că sunt curățate mereu și că se afla în condiție bună de funcționare, nefiind blocate de reziduuri și să nu existe depozite de combustibil ars pe ele.

Aparatele de măsură și de comandă – Sistemul de management al unității de ardere și sistemul de comandă al arderii asociat cu funcționarea arzătorului reprezintă un sistem sofisticat bazat pe un PLC sau programator logic care permite interacționarea între toate elementele componente din cadrul sistemelor. Așadar, mentenenta acestor echipamente de comandă, de înaltă precizie, trebuie să fie efectuată doar de către ingineri specializați în aparate de măsură și control. Trebuie menționat faptul că mentenenta acestor echipamente se face cu instalația închisă și izolată complet.

Atunci când instalația este exploatată în mod manual se poate observa mult mai clar care dintre componentele acestor sisteme nu funcționează în mod corespunzător. Acestea ar trebuie să se observe înainte de oprirea de la tabloul principal de comandă. Insepctia lor trebuie efectuată în intervale regulate, de preferat într-o manieră planificată, trebuind să includă:

Să se verifice dacă au pătruns substanțe sau reziduuri străine în sau în jurul tabloului de comandă;

Se verifică starea componentelor pentru a detecta semne de funcționare defectuoasă sau semne de deteriorare, acestea trebuind să fie înlocuite în mod obligatoriu dacă nu mai corespund;

Se verifică dacă toate conexiunile sunt securizate și dacă toate legăturile cu cablu sunt intact.

Există și o sumedenie de componente din cadrul acestui sistem care vine cu propriile sale specificații atunci când este vorba de etapa de mentenanța (de exemplu programatoarele logice de tip inRA-x). Verificarea acestor echipamente va fi efectuată în conformitate cu specificațiile proprii.

Valvele și tubulaturile unității de ardere – Pentru aceste componente verificările trebuie efectuate la intervale regulate, de preferat în mod programat, pentru a include și:

Verificarea tubulaturilor de scurgeri, în mod particular în zona flanșelor, îmbinărilor și a conexiunilor. Dacă se constată că au loc scurgeri acestea se elimină imediat și se curate zona în care au apărut, din motive de siguranță;

Se verifică starea generală a tubulaturii, distanța la care se degajă căldură și urmele de uzură, mai ales în zonele de instalare și îmbinare;

Se verifică membranele valvelor manuale, etanșeitatea acestora și ușurința cu care pot fi manevrate;

Se verifică filtrele de aer și regulatoarele de aer;

Valvele manuale ar trebui să fie manevrate în mod periodic pentru a se asigura că se pot mișca liber cu ușurință;

Filtrele de ulei și de combustibil trebuie să fie verificate și curățate.

Aparatele de măsură ale unității GCU – Această unitate dispune de o serie de dispozitive dotate cu aparate de măsură care trebuie să monitorizeze diverși parametri. Verificarea acestora trebuie să se facă la intervale regulate, trebuind să includă:

Se verifică calibrarea acestor aparate de măsură prin confruntarea cu documentele de comisionare primite atunci când se livrează, iar toate aparatele de măsură trebuie să aibe tolerante cuprinse în intervalele stabilite de furnizor;

Se verifică toate liniile de impuls care duc la aparatele de măsură. Orice inadvertență va identficata și înregistrată. Demersiurile corective vor fi efectuate în conformitate cu prevederile producătorilor. Unele aparate de măsură vor fi efectuate doar de sepcialistii din domeniul aparatelor de măsură și control.

Se recomandă ca în cazul unei unități care se afla în funcționare continuă (pentru perioade mai mari de o lună), arzătorul unității să fie oprit, pe cât permit condițiile de exploatare a instalațiilor, apoi să fie pornit după o perioadă scurtă de timp. În acesta maniera se va verifica dacă toate interblocajele și toate procesele și dispozitivele asociate lor funcționează în mod corect, astfel verificându-se și funcționarea comenzilor, aprinzătorul unității, etc. În cazurile în care condițiile tehnice permit această procedură trebuie să fie executată la intervale de cel puțin două săptămâni. Deasemenea, prin această metodă se verifică și dacă toate componentele asociate cu dispozitivele de bază a acestor echipamente funcționează în mod corespunzător, astfel orice defect putând fi detetctat și remediat într-o manieră planificată, acest lucru ducând la reducerea costurilor de întreținere și exploatare.

Diuzele de combustibil dual de pe aspirația de gaz – Pe stabilizatorul de curgere axială a aerului sunt montate șase diuze de gaz care se regăsesc în prima secțiune a admisiei de aer. Fiecare dintre aceste diuze este prefazuta cu niște orificii de mici dimensiuni care sunt poziționate cu atenție și care au rolul de a porționa debitul de gaz între jetul de aer principal și cel secundar. Dozarea amestecului cu primul debit de aer este direcționat tangențial în direcția vârtejului, de-a lungul stabilizatorului axial pentru a asigura caracteristică necesară de autopropagare stabilizata, iar surplusul de gaz este direcționat în jetul secundar de aer în zona de viteză maximă a curentului de aer.

Necesitatea de a curăța sau de a înlocui diuzele variază de la o instalație la alta, însă s-a dovedit a fi o activitate ce se efectuează la intervale neregulate. Accesul la aceste diuze de gaz se face din interiorul furnalului arzătorului de gaz. În cazul diuzelor este necesar să se efectueze curățarea acestora, folosindu-se un solvent corespunzător, curățarea efectuându-se și cu perie de metal moale. Dacă orice diuze se găsește în condiție suspecta se înlocuiește orice placă de presiune deoarece zona orificiilor diuzelor controlează în mod direct cantitatea de gaze pulverizate, iar variațiile din cadrul funcționarii diuzelor pot altera echilibrul aer/combustibil, cât și stabilitatea arzătorului.

Pentru restul componentelor din cadrul instalațiilor se vor asigura verificări tehnice și lucrări de mentenanța corespunzătoare specificului echipamentelor respective, de exemplu, pompele sau valve nu necesită operațiuni suplimentare pentru mentenanța, lucrările efectuate fiind efectuate în conformitate cu procedurile standard de mentenanța pentru tipurile respective de pompe sau de valve.

4.3 DEFECTE POSIBILE COMUNE ȘI MODURILE GENERALE DE REMEDIERE

Avariile sau defecțiunile ce pot apărea în cazul conexiunilor din comenzile secventelor automate, sau din cadrul sistemului de management al arzătorului, pot fi localizate în general urmându-se toate procedurile enumerate mai sus. Potențialele defecțiuni ce pot apărea în cadrul funcționarii instalației de ardere a gazelor de tip boil-off sunt enumerate în cele ce urmează.

Arzătorul nu pornește – Potențialele defecțiuni sunt multiple, putând fi împărțite în mai multe categorii principale:

Defecțiune la sistemul de aprindere:

Nu există alimentare cu energie electrică la sistemul de aprindere;

Sistemul de excitație al aprinderii este defect;

Electrodul de aprindere este avariat, uzat sau murder;

Sistemul de acționare al aprinzătorului HE este avariat sau deconectat;

Aprinzătorul nu avansează din lăcaș – cilindrul hidraulic defect;

Celulă de detecție a flacării este murdară sau avariată;

Raportul aer/combustibil este necorespunzător;

Valvele izolatoare de pe traseul de alimentare cu combustibil sunt închise;

Valvele automate de închidere de pe traseul de alimentare cu combustibil nu funcționează normal;

Nu există combustibil disponibil, sau presiunea de combustibil este prea scăzută;

Tirajul de aer este prea puternic;

Filtrul de combustibil este blocat/înfundat.

Arzătorul pornește însă nu ține flacăra stabilă – Acest defect poate fi generat de o serie de factori principali care, la rândul lor pot fi generați de alte avarii, după cum urmează:

Monitorul de flacăra nu declanșează semnalul de alimentare al releului de funcționare al amplificatorului:

Monitorul de flacăra este obstrucționat de mizerie sau de umezeală;

Monitorul de flacăra este uzat sau avariat;

Polaritatea conexiunilor electrice este inversată;

Circuitul dintre monitor și amplificatorul de flacăra este deschis sau este pus la masă;

Alinierea dintre flacără și monitor nu este corespunzătoare;

Flacăra are intesitate prea mică sau este prea închisă la culoare pentru a putea fi detectată;

Raportul de aer/combustibil este incorect.

Cantitatea de combustibil injectata/alimentată este prea mică:

Valvele automate sau manuale nu se deschid la capacitate maximă;

Fitrul este parțial înfundat sau blocat;

Valva de comandă a jetului de combustibil este setată la presiune prea mică;

Presiunea de combustibil este prea mică;

Există o obstrucțiune în traseul de alimentare cu combustibil;

Vârful diuzei de combustibil este înfundat sau murder;

Regulatorul de pompei de injecție este avariat;

Presiunea tirajului de aer este excesivă.

Blocare în timpul procedurii normale de pornire – În această situație se acționează așa cum se acționează și în punctul a) din cadrul defecțiunilor legate de menținerea flacării stabile, însă printre alte cauze mai poate fi și:

Prezența apei în combustibil (nefiind valabilă și pentru gazul ars);

Un interblocaj nu funcționează așa cum trebuie.

Arzătorul nu se mai poate opri – valvele automate rămân blocate în poziția deschis.

Arzătorul pornește în mod semiexplozibil – Această anomalie poate fi generată de următoarele potențiale defecte:

Aprindere întârziată:

Aprinzătorul este poziționat în mod greșit

Presiunea tirajului forțat de mare este prea mare.

Raportul aer/combustibil este eronat;

Prezența apei în combustibil.

Arderea incorectă – Acest defect poate fi generat de următoarele fenomene:

Raportul de aer/combustibil este incorect;

Presiunea de aer sau cea de combustibil este incorectă;

Atomizorul este avariat, blocat sau etanșat necorespunzător;

Temperatura combustibilului este necorespunzătoare;

Combustibilul conține impurități și nu are specificațiile corecte.

Arzătorul nu poate atinge capacitatea setată – Aceasta disfuncționalitate poate fi generată de următorii facotri:

Raportul de aer/combustibil este incorect;

Presiunea de aer sau cea de combustibil este incorectă;

Atomizorul este avariat, blocat sau etanșat necorespunzător;

Temperatura combustibilului este necorespunzătoare;

Combustibilul conține impurități și nu are specificațiile corecte;

Modul de ardere al combustibilului este incorect;

Cerință de sarcină este mai mare decât capacitatea posibilă a instalației.

Orice defecțiune posibilă menționată mai sus poate fi generată de o funcționare anormală a sistemului de automatizare sau de sistemul electric al instalației. Remediile posibile prezentate vin doar în ajutorul operatorului de a găsi o soluție rapidă și posibilă.

Pentru unitatea GCU se recomandă respectarea unei scheme de mentenanța preventivă care să cuprindă următoarele activități, în intervalul regulat recomandat:

Zilnic:

Se verifică aspectul extern al echipamentului;

Dacă unitatea GCU nu a fost folosită pentru o durată mare de timp se vor porni, în scop de verificare a instalației, pompele de combustibil și ventilatoarele de diluare și de ardere pentru o perioadă de cel puțin 20 de minute;

Lunar

Dacă unitatea GCU nu a mai fost folosită pentru o perioadă lungă de timp se pornește instalația și se pune în funcțiune sistemul de ardere al gazelor de tip boil-off pentru o perioadă scurtă de timp pentru a analiza următoarele aspect funcționale:

Se verifica funcționarea corectă a valvelor de izolare, valva de comandă a debitului de gaz de tip boil-off și toate valvele de combustibil (dacă sunt montate corespunzător). Acest lucru va verifica dacă valvele se mișca în intervalul lor corespunzător de deschidere și dacă limitatoarele de cursă funcționează așa cum trebuie;

Se verifică dacă mecanismul de avansare al aprinzătorului, incluzând și dispozitivele acționare pneumatice funcționare în mod corespunzător. Se verifică și scânteia aprinzătorului;

Se verifică coșurile de fum din zona ventilatoarele și zona de circulare a aerului;

Se verifica funcționarea valvelor soneloidale, a valvelor de blocare și a valvelor de pornire a ventilatoarelor.

Se retrage ansamblul injectorului dinspre arzător și se verifică gradul de uzură al vârfului arzătorului. Dacă gradul de uzură se prezintă peste limita corespunzătoare atunci acest vârf trebuie să fie înlocuit;

Se sufla cu aer instrumental toate filtrele și drenajele regulatoarelor.

Trimestrial (la 3 luni)

Se verifica funcționarea coșurilor de fum și se verifică dacă există scurgeri de vaselină sau ulei;

Se efectuează inspecția internă a unității GCU (accesul făcându-se prin baza unității, pe calea principală de acces):

Se verifica funcționarea aprinzătoarelor de energie înaltă. Dacă orice aprinzător generează o scânteie foarte slabă sau dacă are un electrod uzat atunci se retrage întreg ansamblu al aprinzătorului și se înlocuiește zona vârfului uzat;

Se efectuează o inspecție vizuală generală a arzătorului unității și, mai ales, a diuzelor de gaze de tip boil-off.

Se efectuează inspecția interioară a ferestrei de admisie a aerului de ardere (accesul efectuându-se prin zona principală de acces).

Anual

Se verifică și se recalibrează toate aparatele de măsură și control.

În figurile de mai jos sunt prezentate o serie de dspozitive din cadrul instalației de ardere a vaporilor de gaz evaporat din gazul natural lichefiat, cu elementele lor componente pentru a explica mai în detaliu cum este asigurată mentenanța pentru instalația analizată.

În cazul valvelor pneumatice de comandă există o serie de defecte ce pot influența automatizarea instalației de ardere a gazelor de tipboil-off, fenomen ce poate afecta, într-un final funcționarea normală a unității:

Diferența de presiune dintre conexiunile din portul 1 este prea mică, din cauza unui amortizor prea mic sau contaminat;

Nu există o zonă de schimb de presiune prea mare;

Diametrul tubului intern pentru porturi trebuie să fie de cel puțin 6 mm, dacă valoarea este mai mică valva funcționează anormal;

Valva este blocată în poziția închisă;

Porturile exhaustoarelor almecanismelor de comandă de pe modulele de conexiune nu trebuie să fie închise.

Atât timp cât valva se află sub presiune nu este permisă demontarea vreunei țevi sau deconectarea unei valve sub nicio formă.

Figura 5.1: O valvă pneumatică de comandă cu elementele componente

Obturatoarele de flacăra din cadrul instalației de ardere a boil-off gas sunt produse din Corea de Sud, „Sewon”, fiind proiectați să nu permită propagarea unei flăcări în cadrul unei tubulaturi sau sistem de tubulaturi de gaz natural și pentru a proteja tancurile de joasă presiune care sunt umplute cu lichide inflamabile. Aceste obturatoare sau inhibatoare protejează lichidele care au o temperatură mică de aprindere de sursele de aprindere sau căldură din exteriorul tancului, asigurând un nivel ridicat de protecție împotriva incendiului și un nivel ridicat de siguranță. Pentru a asigura o funcționare corespunzătoare a acestor dispozitive trebuie urmate prevederile de mai jos:

Aceste dispozitive sunt setate și pregătite pentru montarea în cadrul instalației direct din fabrică. Părțile componente ale obturatorului nu vor fi sudate, înșurubate sau găurite;

Se va asigura faptul că temperaturile de funcționare ale obturatorului nu depășesc temperaturile normale de funcționare;

Obturatoarele nu vor fi expuse în medii cu un nivel ridicat de umiditate;

Aceste tipuri de obturatoare vor fi utilizate doar pentru material inflamabile din Grupa IIA, lichide inflamabile, gaze sau vapori chimici;

Dacă obturatorul este expus brusc la temperaturi foarte reduse, corpul acestuia se va contracta, apărând fisuri sau rupture;

În cadrul figurii de mai jos, elementele componente ale obturatorului de flacăra sunt următoarele: 1 – Corpul obturatorului, 2 – Elementul de inhibare al flacării, 3 – Știft, 4 – Nit hexagonal, 5 – Caratator al arcului, 6 – Garnitură, 7 – Racord sensibil.

3

Figura 5.2: Schema și elementele componente ale unui inhibator de flacăra din cadrul instalației

Figura 5.3: Valvele solenoidale

Pentru o bună funcționare ale acestor dispozitive se vor respecta următorii pași de instalare și funcționare:

Se curăța și se înlătură toate impuritatille din tubulaturi. Se recomandă și instalarea unui filtru de linie după aspirație;

Se va asigura mereu faptul că direcția de curgere este corectă, prin verificarea indicațiilor “IN” și “OUT” de pe corpul valvei;

Se va asigura faptul că mediul de utilizare al valvei este compatibil cu parametrii de exploatare ai acesteia;

Se conecteza conectorul electric în racordul acestui tip de conexiune pentru a alimenta bobina solenoidala;

Se introduce o sursă de presiunea în sistem;

Se verifică mereu și se testează mereu sistemul electric;

Se verifică să nu există scurgeri din corpul valvei sau din tubulaturile la care este conectat;