Введение 3
Глава 1. Природные газы 5
1. 1. Физико-химические свойства природных газов 5
1. 2. Реальные газы, их термические модели 6
1. 3. Термодинамические свойства метана на линии насыщения 8
Глава 2. Транспортировка СПГ 15
2. 1. Этапы транспортировки 15
2. 2. Захолаживание танка 19
2. 3. Заполнение танка сжиженным природным газом 24
2. 4. Динамика роста давления при хранении СПГ 29
2. 5. Теплопередача через стенки танка при морской транспортировке СПГ 31
2. 6. Расчет теплопередачи через стенку с коэффициентом теплопроводности, зависящем от температуры 36
Глава 3. Опасности при транспортировке 39
3. 1. Общее 39
3. 2. Вытекание СПГ через отверстие (пробоину) 41
3. 3. Испарение и образование газовоздушного облака 45
3. 4. Опасности при эксплуатации судов-газовозов СПГ 48
3. 5. Старение СПГ. Ролловер 50
Заключение 54
Литература 56
Приложение
Природный газ остается самым востребованным энергоресурсом в большинстве регионов мира уже более двух десятилетий.
В течение почти столетия природный газ транспортировался безопасно и надежно по трубопроводам. Трубопроводы оказались идеально приспособленными к условиям рынка двадцатого века, когда большие залежи газа находились в легкодоступных местах. Трубопроводы обеспечивали стабильность и надежность поставок, и впредь они используются в регионах, где доступны большие запасы газа. Однако за последние десятилетия стало ясно, что значительное количество новых запасов газа не так удобно расположено. Внимание было обращено к более отдаленным и изолированным залежам, которые ранее считались слишком далекими, технически сложными и дорогостоящими для разработки. С другой стороны, за последние три десятилетия промышленность сжиженного природного газа (СПГ) работало с достаточно большим количеством удаленных газовых месторождений, недостижимых по трубопроводам (например, Япония, Южная Корея). Таким образом, технологии СПГ в основном применяются, когда возникает необходимость транспортировки газа с отдалённых газовых месторождений и через океаны. Где это возможно, газ транспортируется до конечного потребителя по трубопроводу.
Производство сжиженного природного газа стремительно растет и является одним из наиболее перспективных направлений мировой энергетики. Сейчас это огромный бизнес, составляющий значительную часть международной торговли газом. СПГ-технологии все заметнее теснят традиционные трубопроводные поставки.
Научные исследования вопросов производства, транспортировки и хранения СПГ приобретают все большую практическую значимость. В связи с этим возникает множество проблем теоретического характера.
В своей работе я занимаюсь термодинамикой СПГ в условиях его морской транспортировки. Сначала будут изложены краткие сведения о природных газах и их термических моделях, будут рассмотрены термодинамические аспекты операций, производимых при погрузке и транспортировке СПГ, затем проанализированы следующие вопросы:
захолаживание танков;
заполнение их СПГ;
динамика роста давления;
теплопередача через стенку резервуара во время транспортировки СПГ;
теплопередача через стенку с коэффициентом теплопроводности, нелинейно зависящем от температуры;
последствия аварийного разрушения резервуара СПГ;
старение СПГ; поведение СПГ при его хранении в резервуаре.
Передо мной стоят задачи математического и численного моделирования этих процессов. Производится расчёт термических характеристик СПГ и анализ полученных результатов.
Эта работа была посвящена термодинамике СПГ при его морской транспортировке. Были изложены краткие теоретические сведения о природных газах и их термических моделях, рассмотрены операции, производимых при погрузке и транспортировке СПГ, проанализированы следующие вопросы:
захолаживание танков;
заполнение их СПГ;
динамика роста давления;
теплопередача через стенку резервуара во время транспортировки СПГ;
теплопередача через стенку с коэффициентом теплопроводности, нелинейно зависящем от температуры;
последствия аварийного разрушения резервуара СПГ;
старение СПГ; поведение СПГ при его хранении в резервуаре.
Мной решены задачи математического и численного моделирования этих процессов. Произведен расчёт термических характеристик СПГ и анализ полученных результатов.
Выполненный анализ операций и процессов, связанных с эксплуатацией судов, перевозящих СПГ, показывает, что:
1) Использование законов термодинамики и теплопередачи позволяет создавать инженерные методики расчета операций, выполняемых при транспортировке СПГ.
2) Применение этих законов в сочетании с законами гидродинамики дает возможность оценить последствия аварийного разрушения резервуаров с СПГ.
3) Старение СПГ и возникновение ролловера можно избегать путем интенсивного перемешивания СПГ во время его длительного хранения в резервуарах.
1. Архаров А.М. и др. Криогенные системы: Основы теории и расчёта. М.: Машиностроение. 1988. 464 с.
2. Баскаков СП Перевозка сжиженных газов морем СПб. Судостроение 2001. - 241 с
3. ГСССД 81-84 Газ природный расчётный. Плотность, показатель адиабаты. - М., 1984.– 22с.
4. Загорученко В.А., Журавлев А. М. Теплофизические свойства газообразного и жидкого метана. М: Изд-во Стандартов, мер и измерительных приборов 1969. 210 с.
5. Иванцов О. М. Хранение сжиженных газов при низких температурах. М.: Недра, 1984. – 50с.
6. Исаченко В П., Осипова В.А., Сукомел А. С. Теплопередача М: Энергия, 1981. - 326 с.
7. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика -М: наука, 1979. - 512 с.
8. Костылев И. И., Овсянников М К, Морская транспортировка сжиженного газа: учеб-теоретическое изд. СПб. Изд-во ГМА им акад. С. О. Макарова, 2009. - 304 с.
9. Костылев Н.Н и др. Теплотехнические аспекты морских перевозок сжиженного газа. СПб: Из-во ГМА им. акад. С.О. Макарова, 2008г.
10. Нахимовский М. А. Оценка количества сжиженного природного газа, необходимого на балластный переход судов-метановозов / Судостроение. 1976, М25.С. 21-23.
11. Пожаро-взрывобезопасность объектов хранения сжиженного природного газа Анализ состояния проблемы /И.А. Болодьян, В.П. Молчанов, Ю. И. Дешевых и др.// Пожарная безопасность - 2000, N2 2. С. 86...96.
12. Пожаро-взрывобезопасность объектов хранения сжиженного природного газа Анализ возможных аварий и пожаров на изотермическом резервуаре /И. А. Болодьян, В. П. Молчанов, Ю. И. Дешевых и др.// Пожарная безопасность. - 2000, М2 3. С. 43...50.
13. Пожара-взрывоопасность сжиженных и газообразных горючих. Сб. науч. тр. -М ВНИИПО, 1990. - 82 с.
14. Рахимов В.А. Аварии и истории развития морской транспортировки сжиженного газа /В.О. Рахимов// История науки и техники – 2012,Спецвыпуск № 3, № 11. С. 116 .118
15. Рахимов В. О. Определение радиуса аварийного разлива сжиженного природного газа на водной поверхности/ В. О. Рахимов, Г.Е. Коробков // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. – 2011-№3. С. 21..24.
16. Сжиженный природный газ. Физико-химические, энергетические и эксплуатационные свойства Справочник. Под ред. Ходоркова И.Л. СПб:Химиздат, 2003. – 202с.
17. Энциклопедия газовой промышленности. 4-е издание. Под ред. Васниева К. С. М: АО «Твант», 1994.- 464с.