Эксплуатация грузовых комплексов (цистерн, трубопроводов и другого оборудования) сопровождается постоянным изменением давления, сопряженным с проведением погрузо-разгрузочных операций и процессом испарения СГ. Поэтому суда-газовозы оборудуются специальными системами регулирования давления, защиты от повышения давления и от вакуума, а также газоотводными системами.

Системы регулирования давления устанавливаются на тех газовозах, грузовые емкости которых не рассчитаны на полное избыточное давление паров груза в условиях максимально возможной температуры окружающего воздуха. Такие системы служат для поддержания давления в грузовых емкостях ниже величины, на которую установлены предохранительные клапаны. При этом регулирование давления может осуществляться за счет использования одной или нескольких систем из перечисленных ниже.

Регулирование давления в грузовых емкостях возможно путем механического охлаждения СГ. Некоторые схемы такого охлаждения приведены на рис. 1. Непосредственное охлаждение груза змеевиком, установленным в цистерне, показано на рис. 1,а. По схеме «б» давление регулируется за счет наружного охлаждения самой грузовой емкости. Схема «в» предусматривает забор СГ из цистерны, прокачку его через теплообменник, установленный на верхней палубе при подключенный к системе охлаждения. Подобные методы поддержания давления в грузовых емкостях неэкономичны. Они связаны с большими затратами энергии, могут применяться лишь на небольших газовозах при перевозке СГ на малые расстояния и на современных газовозах не используются.

Рис. 1. Схемы охлаждения сжиженного газа:
1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – дроссельный клапан; 4 – грузовая емкость; 5 – погружной насос

Наиболее приемлемы системы регулирования давления в грузовых емкостях, применяющие газ в качестве топлива для энергетических установок, на сбщесудовые нужды или в системах утилизации излишнего тепла. Последние могут эксплуатироваться постоянно, включая стояночное время и маневрирование, при условии, что предусмотрены средства реализации избыточной энергии, например, система сброса пара.

Кроме перечисленных систем, возможно регулирование давления в грузовых емкостях путем удаления паров некоторых грузов в атмосферу при нахождении судна в море, а при специальном разрешении – и в порту. Последнее часто применяется на газовозах-мета-новозах. При согласовании с Регистром возможно использование и других систем регулирования давления в грузовых емкостях.

Независимо от наличия систем регулирования давления и других систем все грузовые емкости оборудуются системами защиты от повышения давления путем отвода избытка испарившегося груза через предохранительные клапаны в трубопроводы системы газоотвода. Аналогичные системы защиты от повышения давления испаряющегося груза предусматриваются для трюмных помещений, межбарьерного пространства и грузовых трубопроводов, если они могут подвергаться давлению, превышающему расчетную величину. Система защиты от повышения давления должна соответствовать виду перевозимого груза и конструкции грузосодержащего комплекса. При эксплуатации систем необходимо свести к минимуму возможность скопления паров груза на палубах, проникновения их в посты управления, жилые, машинные и другие помещения, 8 которых может создаться взрывопожароопасная обстановка.

Основными элементами системы являются предохранительные клапаны, количество которых зависит от объема грузовых емкостей. При объеме менее 20 м3 разрешается устанавливать один клапан, а при большем объеме каждая емкость оборудуется по крайней мере двумя клапанами равной пропускной способности. Предохранительные клапаны устанавливаются над верхней палубой в самой высокой части грузовой емкости так, чтобы они оставались под действием паровой фазы груза при крене до 15° и дифференте, равном 0,015 от длины судна. При этом в клапанах или вблизи от них не должна скапливаться жидкость.

Предохранительные клапаны регулируются на давление, не превышающее расчетное для грузовой емкости.

Если для грузовой емкости предусмотрено несколько значений установочного давления предохранительных клапанов, например, для емкостей, предназначенных для перевозки грузов с разными свойствами, то это возможно осуществить двумя способами:
— установкой двух и более предохранительных клапанов, отрегулированных и опломбированных на одно из установочных давлений при условии наличия устройств для отключения неиспользуемых клапанов от грузовой емкости;
— применением предохранительного клапана с регулированием давления срабатывания.

В случае одновременной перевозки нескольких грузов, способных вступить в опасную реакцию друг с другом, устанавливаются независимые системы предохранительных клапанов для каждого груза. Клапаны снабжаются автоматической сигнализацией об их срабатывании. Предохранительные клапаны, обслуживающие грузовые емкости с рабочей температурой ниже 0 °С и эксплуатируемые при низкой температуре наружного воздуха, должны иметь конструкцию, обеспечивающую надежность работы при подобных условиях.

Рис. 2. Размещение предохранительных клапанов:
1 – грузовая емкость; 2 – изолирующее пространство; 3 – предохранительные клапаны; 4 – клапан сброса избыточного давления инертного, газа (азота) в емкость; 5 – клапан сброса избыточного давления инертного газа в атмосферу

Максимально допустимые пределы заполнения грузовой емкости должны быть указаны в перечне для каждого перевозимого груза при температурах, возможных в условиях погрузки, а также для максимальной спецификационной температуры. Обычно грузовая емкость заполняется СГ не более чем на 98% (ф = 0,98) объема при спецификационной температуре. Однако по согласованию с Регистром может быть допущено заполнение емкости более, чем на 98%.

В качестве спецификационной температуры могут рассматриваться:
— гемпература, соответствующая давлению паров груза, на которое отрегулированы предохранительные клапаны, если отсутствуют системы регулирования давления паров груза и температуры;
— температура груза по окончании погрузки, в процессе транспортировки или выгрузки, в зависимости от того, что выше, при наличии систем регулирования давления паров и температуры.

Если такая температура возникает в грузовой емкости при полисом ее заполнении прежде, чем груз достигнет температуры, соответствующей давлению насыщенных паров СГ при установочном давлении предохранительных клапанов системы защиты от повышения давления, что обычно бывает при нагреве грузовых емкостей в случае возникновения пожара, то каждая грузовая емкость оборудуется дополнительной системой понижения давления для регулирования уровня жидкого груза. Эта система позволяет предотвратить разрушение грузовой емкости при пожаре и избежать взрыва.

Площадь наружной поверхности грузовой емкости А равна:
— площади наружной поверхности для грузовых емкостей, имеющих форму тел воащения;
— площади наружной поверхности без проекции площади поверхности днища для грузовых емкостей, не являющихся емкостями с формой тел вращения.

Основой дополнительной системы понижения давления является предохранительный клапан (клапаны), отрегулированный на избыточное давление паров груза при температуре полного заполнения грузовой емкости и при необходимости оборудованный специальным устройством, обеспечивающим нормальную работу системы. В состав устройства входят плавкие элементы, плавящиеся при температуре 98 – 104 °С, и приводящие в действие предохранительный клапан (клапаны) системы. Эти элементы должны располагаться вблизи предохранительного клапана (клапанов) и не должны зависеть от общесудовых источников энергии.

Общая пропускная способность предохранительных клапанов каждой емкости при повышении давления не более чем на 20% по сравнению с максимально допустимым установочным давлением предохранительного клапана выбирается исходя из обеспечения наибольшей т двух величин:
— максимальной производительности системы заполнения грузовой емкости инертным газом при условии, что максимальное рабочее давление в системе инертизации грузовых емкостей превышает давление открытия предохранительных клапанов;
— количество паров груза, образующихся при воздействии пожара.

Последняя величина определяется по зависимости

В системах газовозов применяются предохранительные Клапаны различных конструкций в зависимости от предъявляемых к ним требований. Наиболее жесткие требования предъявляются к клапанам, обслуживающим грузовые емкости с избыточным давлением не более 0,07 МПа, например, мембранные и полумембранные танки. В них обычно стараются поддерживать избыточное давление не более 25 кПа. Выпуск избыточных паров груза должен происходить с высокой скоростью, чтобы предотвратить образование взрывоопасных концентраций. При у алых давлениях этим условиям не отвечает пружинный клапан. Величина его открытия изменяется пропорционально избыточному давлению, поэтому при небольших избыточных давлениях скорость выпуска паров может оказаться очень незначительной. В этом случае большее распространение получили рычажные предохранительные клапаны, в которых давление срабатывания регулируется подвеской груза соответствующей массы. При достижении избыточного давления в грузовой цистерне клапан сразу открывается полностью, так как по мере открытия клапана величина действующего на него усилия остается постоянной. При снижении давления до значения срабатывания клапан закрывается. Недостатком рычажного клапана является то, что при килевой качке судна, особенно пои давлении в грузовой емкости, близком к давлению срабатывания, происходят периодические кратковременные открытия клапана (клапан «дышит»), что может привести к образованию взрывоопасной смеси при штатной эксплуатации газовоза.

Более совершенной конструкцией является сильфонный предохранительный клапан английской фирмы «Whessoe System and Controls». В состав предохранительного клапана входит специальный управляющий клапан, в зависимости от положения которого предохранительный клапан либо закрыт, либо открыт. Если давление в грузовой емкости невелико, то управляющий клапан находится в нижнем положении, внутренняя полость сильфона из нержавеющей стали сообщается с грузовой емкостью и предохранительный клапан закрыт. При повышении давления в грузовой емкости 1 до величины установочного давления управляющий клапан перемещается в верхнее положение и сообщает внутреннюю полость сильфона с разгрузочным каналом. Давление в этой полости падает, тарелка предохранительного клапана поджимается к неподвижному днищу сильфона, и предохранительный клапан открывается, обеспечивая выпуск паров груза в газоотводную магистраль.

Рис. 3. Схема действия сильфонного предохранительного клапана

Для обеспечения надежного перемещения штока управляющего клапана из одного крайнего положения в другое без остановки в промежуточных положениях седло управляющего клапана намагничено. Усилие, удерживающее тарелку в нижнем положении, слагается из двух составляющих: веса тарелки со штоком ( ~10%) и магнитного поля ( « 90%). При отрыве тарелки от седла под действием избыточного давления пара грузовой емкости сила магнитного притяжения быстро уменьшается и шток управляющего клапана переходит в верхнее положение. Падение давления в грузовой емкости приводит к перемещению тарелки клапана под действием собственного веса вниз. Быстрое нарастание силы магнитного притяжения подтягивает тарелку к седлу, и предохранительный клапан закрывается.

Для удаления газа от предохранительных клапанов грузовых емкостей служит газоотводная система, которая должна быть спроектирована так, чтобы газ выходил непрерывным потоком и направлялся вверх к выпускному отверстию. Конструкция системы, раструб выхода и верхний кожух выхода газоотводной мачты должнь: свести к минимуму возможность попадания в систему воды и снега. В системе газоотводных труб необходимо предусматривать специальные средства удаления жидкости из мест ее возможного скопления. Системы газоствода проектируются по автономному или групповому принципам. Газоотводными мачтами оборудуются каждая грузовая емкость или группа емкостей. Важнейшим фактором при проектировании газоотводных систем является предупреждение создания взрывоопасных смесей газа с воздухом, из чего следуют особые требования к расположению выпускных отверстий систем.

Выпускные отверстия газоотводных труб и мачт размещают над верхней палубой на высоте, равной не менее 1/3 ширины судна или 6,0 м, в зависимости от того, что больше. Высота расположения выпускного отверстия над рабочей площадкой и переходным мостиком также должна составлять 6,0 м. Для предупреждения попадания газа в системы вентиляции и газобезопасные помещения выпускные отверстия газоотводной системы необходимо размещать от ближайшего воздухоприемника или отверстий в жилые, служебные и другие газобезопасные помещения на расстоянии, равном ширине судна или 25,0 м, смотря по тому, что меньше. Для газовозов длиной менее 90,0 м по согласованию с Регистром могут быть разрешены меньшие расстояния. Любые другие выпускные отверстия газоотводных труб, сообщающихся с грузосодержащим комплексом, допускается устанавливать на расстоянии не менее 10,0 м от ближайшего возду-хоприемника или отверстий в жилых, служебных помещениях и постах управления. В случае одновременной перевозки нескольких видов грузов,, способных вступать в опасную реакцию друг с другом, необходимо предусматривать независимые газоотводные системы для каждого вида груза.

На рис. 4 приведена схема газоотродной системы, спроектированной по групповому принципу. Система обслуживает два грузовых танка для перевозки СНГ при температуре – 42 °С. Каждый грузовой танк оборудован двумя предохранительными клапанами, отрегулированными на максимально допустимое установочное давление 1,0 МПа. Газоотводная мачта заканчивается раструбом с защитным кожухом на высоте 5,3 м над верхней палубой. Рациональность спроектированной газоотводной системы проверяется Руководством IMO по оценке соответствия газоотводных системы грузовым емкостям. В основе Руководства лежит гидравлический расчет, выполняемый отдельно для каждой конкретной системы, поэтому на рис.64 в качестве примера приведена разбивка расчетной магистрали на отдельные участки. Суммарная длина участка от грузового танка до точки соединения F составляет 5,0 м, а длина участка от точки F ас выпускного отверстия А – 25,0 м.

В результате высокой интенсивности процесса выгрузки или при резком понижении температуры внутри грузовой емкости может создаться значительное разрежение. Для предотвращения этого явления на газовозах устанавливаются системы защиты o r вакуума. Этими системами оборудуются грузовые емкости, рассчитанные на давление, не превышающее 0,025 МПа, или не способные выдерживать максимальную разность между наружным и внутренним давлением грузовой емкости, возникающую при максимальной интенсивности разгрузки без возврата пара а эмкости. Кроме тога, системами защиты от вакуума оборудуются грузовые емкости, использующие системы охлаждения груза или подающие испаряющийся газ а машинное помещзние к судовым энергетическим установкам или котлам.

Рис. 4. Схема газоотводной системы

Для защиты от вакуума при разгрузке газовозов грузовые емкости оборудуются вакуумными предохранительными клапанами, срабатывающими при давлении более низком, чем разность между наружным и внутренним давлением грузовой емкости. Пропускная способность клапанов должна быть не менее максимальной интенсивности разгрузки емкости. Вакуумные клапаны обеспечивают подачу в грузовую емкость инертного газа, паров груза или воздуха. При этом пары груза Moiyr поступать из береговых хранилищ или от судового испарителя и не должны поступать из грузового трубопровода, а вероятность попадания воды или снега в систему необходимо свести к минимуму. Вместо вакуумных предохранительных клапанов каждая грузовая емкость может быть оборудована двумя независимыми манометрическими выключателями давления дня подачи сигнала и последующей остановки процесса откачки жидкого и газообразного груза из емкости, а также прекращения работы охлаждающего оборудования, если оно установлено, при давлении меньшем, чем разность между наружным и внутренним давлением грузовой емкости. Возможна защита грузовых емкостей от вакуума и другими системами, одобренными Регистром.