экранирующий углеводородный газ

Формула изобретения

1. Установка для защиты посредством экранирующего газа баков (2) и связанных с ними устройств на борту танкера с минимальным испарением летучих органических соединений (VOC) из груза, при этом указанная установка содержит: первую часть (3) установки, которая обычно находится в работе для защиты посредством экранирующего газа и улавливания летучих органических соединений, и вторую часть (4) установки, основанную на использовании инертного газа (IG), который является, по существу, газообразным продуктом сгорания из котлов танкера, турбин или двигателей или газом из генератора инертного газа, при этом вторая часть установки выполняет лишь функцию резервной установки, которая обычно не находится в работе, за исключением освобождения баков (2) от газа, отличающаяся тем, что первая часть установки основана на использовании углеводородного газа (НС), что углеводородный газ (НС) удерживают над грузом, так что пространство над грузом насыщено относительно компонентов летучих органических соединений и при этом первая часть установки содержит: по меньшей мере, один агрегат (5) для улавливания летучих органических соединений из газовых смесей для их подачи в, по меньшей мере, одно соединенное хранилище (6) для углеводородного газа (НС), соединенное с возможностью передачи жидкости с баками (2) для подачи или приема углеводородного газа (НС), при этом указанное хранилище для углеводородного газа (НС) дополнительно соединено с по меньшей мере, одним устройством (7) для подготовки углеводородного газа (НС), если запас в хранилище для углеводородного газа (НС) является недостаточным, устройства (9, 10) для передачи жидкости внутри установки, внутри судна к/от наружной установки (10), управляющее устройство (11) для обеспечения работы установки в соответствии с давлением, объемом, уровнем, составом, температурой или потоком внутри или через элементы установки.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что агрегат (5) для улавливания летучих органических соединений содержит в единственном или множественном числе: абсорбционную установку, которая может подавать пар к грузу, конденсатную установку, соединенную с хранилищем углеводородного газа (НС), адсорбционную установку с активированным углем и регенерацией, которая обрабатывает углеводородный газ (НС) и подает его в хранилище углеводородного газа (НС).

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что хранилище (6) углеводородного газа (НС) содержит один или более резервуаров высокого давления для углеводородного газа (НС) и нефти, в частности, обогащенной летучими органическими соединениями, и/или один или более резервуаров, содержащих сжиженный нефтяной газ (LPG).

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство (7) подготовки углеводородного газа (НС) содержит промывочные гидромониторы сырой нефти судна и газификатор (газогенераторный блок).

5. Способ защиты посредством экранирующего газа баков и связанных с ними устройств на борту танкера с минимальным испарением летучих органических соединений (VOC) из груза за счет использования установки по п.1, отличающийся тем, что способ содержит поддерживание избыточного давления экранирующего углеводородного газа (НС) в баках танкера посредством подачи или приема углеводородного газа (НС) из хранилища углеводородного газа (НС) за счет использования первой части установки, и использование второй части установки, основанной на использовании инертного газа (IG) лишь в качестве резервной установки и во время освобождения баков от газа, а также, не обязательно, во время хода под балластом.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что избыточное давление экранирующего углеводородного газа (НС) в баках судна никогда не заменяют воздухом, однако во время выпуска газа заменяют инертным газом IG, который можно снова заменять воздухом, или поддерживают с помощью инертного газа (IG) недостаточную способность для подачи углеводородного газа (НС) из хранилища углеводородного газа (НС).

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что низкое давление или низкий уровень в хранилище для углеводородного газа (НС) является результатом приведения в действие устройства для подготовки углеводородного газа (НС).

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что соединенные баки со сжиженным нефтяным газом используют как для хранения углеводородного газа (НС), так и для регулирования состава экранирующего углеводородного газа (НС) с составом пара летучих органических соединений, за счет чего обеспечивается состав экранирующего углеводородного газа (НС), который минимизирует испарение летучих органических соединений для данного количества экранирующего углеводородного газа (НС).

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к защите баков на борту тбщеера посредством экранирующего газа. В частности, данное изобретение относится к установке и способу защиты посредством экранирующего газа баков и смежных устройств на борту танкерного судна, при этом с помощью установки и способа обеспечивается минимальное испарение летучих органических соединений (VOC).

Уровень техники

При эксплуатации танкеров необходимо сосредоточить внимание на опасности фатальных взрывов и на их предотвращении. В соответствии с требованиями Международной морской организации (IMO) и Конвенции SOLAS (SOLAS - защита жизни на море) должна быть установлена система экранирования газом в виде системы инертного газа для предотвращения пожара и взрыва грузовых баков. Кроме того, требуется, чтобы система работала так, чтобы никогда не образовывалась взрывоопасная атмосфера в газовой атмосфере грузовых баков во время всех работ баков на судне, таких как ход под загрузкой, ход под балластом, промывка баков, загрузка, разгрузка и промывка газом/выпуск газа. Обычная практика в настоящее время состоит в использовании газообразных продуктов сгорания из котлов/двигателей танкера для удерживания грузовых баков инертными или в использовании инертного газа, полученного из генератора. Указанный выхлопной газ обычно называют инертным газом (IG), и он имеет обычно следующий состав: N ₂: 83%, СО₂: 12%, O₂: 5%.

С точки зрения опасности пожара и взрыва экранирующий газ IG является недонасыщенным, что означает, что в нем содержание углеводородов слишком низкое для того, чтобы газ был взрывоопасным. Понятия перенасыщенный и недонасыщенный традиционно используются для обозначения газовой смеси, имеющей слишком высокое или слишком низкое содержание углеводородных компонентов, чтобы быть взрывоопасной, соответственно. Чистый углеводородный газ является перенасыщенным относительно взрывоопасности, однако за счет подачи воздуха такая смесь может быть разбавлена до взрывчатой газовой смеси.

При взрывоопасном содержании углеводородов в такой газовой смеси содержание кислорода необходимо удерживать ниже около 10% для исключения опасности взрыва. Дополнительная информация содержится в книге Системы инертного газа , Международная морская организация (IMO), 1990.

В настоящее время повышается внимание к окружающей среде и к щадящей эксплуатации природных ресурсов. В этой связи, начиная с середины 1980-х годов, проделана определенная работа по выяснению причин систематических потерь груза, например, во время загрузки нефти в море. Было установлено, что в значительной степени эти потери зависят от испарения летучих органических соединений, называемых VOC, которые выпускаются в атмосферу во время загрузки. Инертный газ, который традиционно использовался для инертизации грузовых баков во время разгрузки, содержит очень низкое парциальное давление летучих органических соединений или VOC. Поэтому проявляется тенденция к образованию естественным путем равновесного давления насыщения между жидкими углеводородами и газовой фазой в грузовом баке, что приводит к интенсивному испарению летучих органических соединений. Большое количество испаряемых летучих органических соединений существует, в частности, во время загрузки, разгрузки и промывания баков сырой нефтью, за счет чего имеют место большие потери летучих органических соединений. Легкие компоненты, имеющие высокое давление насыщенного пара, т.е. летучие органические соединения состоят, по существу, из метана, этана, пропана, изобутана, n-бутана, изопентана, n-пентана и небольших количеств тяжелых углеводородов (С₆ ⁺). В норвежском секторе Северного моря ежегодно выбрасываются в атмосферу летучие органические соединения в количестве, соответствующем большому танкеру, полностью загруженному нефтью. Для дополнительной иллюстрации проблемы можно указать, что танкер водоизмещением 140000 тонн, загружающийся на месторождении Статфьорд, теряет, по оценкам, количество паров углеводородов, которого, если его использовать в качестве топлива на борту танкера, было бы достаточно для хода судна до Роттердама (2500 км) и обратно.

При некоторых условиях указанная выше проблема частично разрешается за счет использования углеводородного газа в качестве экранирующего газа (экранирующего газа НС). В настоящее время находятся в эксплуатации плавучие рабочие суда, имеющие емкости для хранения с чистым экранирующим газом НС в баках во время нормальной работы и обычную систему экранирующего газа IG в качестве резерва.

Экранирующий газ НС или газ НС означает в данном описании газ, который состоит, в принципе, из легких углеводородов. В принципе, в соответствии с этим чистые VOC являются газом НС. VOC обозначает в данном описании испарившиеся легкие углеводороды в смеси со значительным количеством других газов, или указанные углеводороды сами по себе растворены в среде хранения. Понятия газ НС и VOC иногда используются как синонимы для сохранения постоянства терминологии.

Проблема испарения летучих органических соединений известна в течение нескольких лет, однако ранее не представлялось возможным найти подходящее решение для танкеров или танкеров снабжения. В настоящее время на танкерах снабжения работают две опытные установки для улавливания летучих органических соединений, однако в качестве экранирующего газа используют указанный выше экранирующий газ IG. Поэтому установка для улавливания летучих органических соединений имеет размеры для пропускания большого количества смеси экранирующего газа IG и газа летучих органических соединений, что приводит к большому потреблению энергии, проблемам с эффективностью работы из-за изменяющейся смеси, большого объема экранирующего газа IG и присутствия сернистых соединений, водяного пара и золы от сжигаемой нефти. Работа улавливающей установки является неэффективной, и чистую смесь газов IG/VOC, как таковую, можно с трудом использовать на борту судна, и установка в недостаточной мере является закрытой системой.

Проблемой при эксплуатации танкеров является, в частности, обеспечение подачи чистого газа НС, когда это необходимо, для поддержания избыточного давления в баках и улавливание чистого газа НС, когда он вытесняется из баков, при одновременном соблюдении указанных выше требований безопасности. До настоящего времени не найдено удовлетворительного решения для использования газа НС в качестве экранирующего газа.

Задачей данного изобретения является создание установки для улавливания летучих органических соединений и защиты с помощью экранирующего газа на борту танкера, при этом установка не имеет или, по существу, не имеет указанных выше ограничений.

Сущность изобретения

Согласно данному изобретению создана установка для улавливания летучих органических соединений и защиты посредством экранирующего газа баков и связанных с ними устройств на борту танкера, при этом указанная установка содержит первую часть, которая обычно находится в работе для защиты посредством экранирующего газа и улавливания летучих органических соединений, и вторую часть установки, основанную на использовании инертного газа, который, по существу, является газообразным продуктом сгорания из котла танкера, турбин и двигателей или газом из генератора инертного газа, причем вторая часть установки обычно не находится в действии, а является резервной установкой. Установка характеризуется признаками отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Согласно данному изобретению создан также способ улавливания летучих органических соединений и защиты посредством экранирующего газа баков и связанных с ними устройств на борту танкера, при этом способ характеризуется признаками отличительной части пункта 5 формулы изобретения.

При использовании чистого экранирующего газа НС на танкере, согласно данному изобретению, обеспечивается уменьшение испарения летучих органических соединений, оборудование для улавливания летучих органических соединений становится более эффективным, поскольку всасывают и улавливают, по существу, чистый газ НС, а собранный газ VOC/HC можно проще использовать на борту судна, например, для выработки энергии или для двигателей, или доставлять на берег. Кроме того, система обслуживания груза судна меньше заполнена водяным паром, сернистыми компонентами или золой из сжигаемой нефти, за счет чего создается значительно менее коррозийная атмосфера.

Согласно данному изобретению на судне всегда поддерживается избыточное давление газа НС в качестве экранирующего газа в баках, за исключением режима выпуска газа и, не обязательно, хода под балластом, когда используется часть установки с инертным газом. За счет того, что газ НС никогда не заменяется в баках воздухом, а газом IG, который затем, не обязательно, может заменяться воздухом, выполняются требования безопасности, поскольку в баках никогда не присутствует взрывчатая газовая смесь.

На чертеже показана установка согласно изобретению для улавливания летучих органических соединений и защиты посредством экранирующего газа на борту танкера.

Подробное описание

На чертеже показана установка согласно данному изобретению. А именно, показана установка 1 согласно изобретению для улавливания летучих органических соединений и защиты посредством экранирующего газа баков 2 и связанных с ними устройств на борту танкера, при этом указанная установка содержит:

первую часть 3 установки, которая обычно находится в работе для защиты посредством экранирующего газа и улавливания летучих органических соединений, и

вторую часть 4 установки, основанную на использовании инертного газа (IG), который является, по существу, газообразным продуктом сгорания из котла танкера, турбин или двигателей или газом из генератора инертного газа, при этом вторая часть установки выполняет функцию резервной установки, которая обычно не находится в работе, за исключением освобождения баков 2 от газа.

Установка согласно изобретению характеризуется тем, что первая часть установки основана на использовании углеводородного газа (НС) и содержит:

- по меньшей мере, один агрегат 5 для улавливания летучих органических соединений, соединенный с

- по меньшей мере, одним хранилищем 6 для газа НС, соединенным с

- по меньшей мере, одним устройством 7 для подготовки газа НС,

- устройства 8 для передачи жидкости с целью транспортировки газа НС между хранилищем газа НС и баками судна,

- устройства (9, 10) для передачи жидкости внутри установки, внутри судна и к/от наружной установки (10),

- управляющее устройство (11) для обеспечения работы установки в соответствии с давлением, объемом, уровнем, составом, температурой или потоком внутри или через элементы установки.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения агрегат 5 для улавливания летучих органических соединений содержит в единственном или множественном числе:

- абсорбционную установку, которая может подавать пар к грузу,

- конденсатную установку, соединенную с хранилищем газа НС,

- адсорбционную установку, которая обрабатывает газ НС и подает его в хранилище газа НС.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения хранилище 6 для газа НС содержит один или более резервуаров, оборудованных для обработки нефти, в частности, обогащенной летучими органическими соединениями, и/или один или более резервуаров, содержащих конденсированные летучие органические соединения (LPG - сжиженный нефтяной газ).

Высокое давление является предпочтительным в хранилище для газа НС для удерживания большего количества газа НС и для растворения большего количества газа НС в нефти, обогащенной летучими органическими соединениями.

За счет соединения с баками для природного сжиженного газа и/или сжиженного нефтяного газа экранирующий газ НС можно согласовывать с парами летучих органических соединений, за счет чего можно обеспечивать состав экранирующего газа НС, который минимизирует испарение летучих органических соединений для данного количества экранирующего газа НС.

Кроме того, предпочтительно, чтобы устройство 7 подготовки газа НС содержало промывочные гидромониторы сырой нефти судна и газификатор (газогенераторный блок), из которых последний соединен с хранилищем для газа НС.

Газификатор можно использовать как во время загрузки, так и разгрузки посредством пропускания, по меньшей мере, части потока нефти через газификатор, и направлять отбираемый газ НС в хранилище для газа НС или в баки судна, в зависимости от потребности. Может быть предпочтительным использовать как промывочные гидромониторы сырой нефти, так и газификатор одновременно, в частности, во время разгрузки.

Через устройства 10 для передачи жидкости в виде труб, клапанов и т.д. оборудование может получать повторную заправку газом НС или обогащенную газом НС жидкость, или передавать его избыток во внешний блок, например, в промысловую установку с обрабатывающей установкой.

Установка согласно изобретению предпочтительно выполнена для того же класса давления, что и баки судна, за исключением хранилища для газа НС, которое наиболее предпочтительно является блоком высокого давления.

Способ согласно изобретению для защиты посредством экранирующего газа баков и связанных с ними устройств на борту танкера за счет использования установки, согласно изобретению, отличается тем, что он содержит:

поддерживание избыточного давления экранирующего газа НС в баках танкера посредством использования первой части установки, и

использование второй части установки, основанной на использовании инертного газа лишь в качестве резервной установки и во время выпуска газа, а также, не обязательно, во время хода под балластом.

Существенно, что избыточное давление экранирующего газа НС в баках судна никогда не заменяется воздухом, однако во время выпуска газа заменяется газом IG, который можно заменять воздухом, или же может поддерживаться с помощью газа IG с достаточной емкостью для поставки газа НС из хранилища газа НС.

Кроме того, предпочтительно, что низкое давление или низкий уровень в хранилище для газа НС является результатом приведения в действие устройства для подготовки газа НС, для того чтобы поддерживать способность поставки газа НС для защиты посредством экранирующего газа.

При разгрузке предпочтительно одновременно опустошают минимальное число баков для ограничения объема, для которого необходимо поддерживать избыточное давление экранирующего газа НС. При заданном низком уровне нефти в баке во время разгрузки включают промывочные гидромониторы сырой нефти, за счет чего создается газ НС во время опустошения бака. В соответствии с потребностью в газе НС можно использовать газификатор, и можно подавать газ НС из хранилища газа НС.

Если опустошенный бак необходимо освободить от газа, что означает освобождение от газа НС, то газ НС из бака проходит в другой бак или обрабатывается установкой, согласно изобретению, с управляемой заменой газа НС газом IG во время улавливания газа НС с последующей, не обязательной, управляемой заменой газа IG атмосферным воздухом.

Смесь газа IG и газа НС можно, не обязательно, подавать в наружный блок обработки через трубу 10 для последующего наружного улавливания летучих органических соединений. Это может быть предпочтительным для очень больших объемов газа.