(3 голоса, среднее: 4.7 из 5)

Свойства мембранных резервуаров для перевозки грузов СПГ на судах

СПГ в качестве топлива в настоящее время является проверенным и доступным решением для судоходной отрасли. В то время как обычное топливо на нефтяной основе остается основным топливом для большинства существующих судов в ближайшем будущем, коммерческие возможности СПГ интересны для многих новых проектов по строительству и конверсии.

СПГ (сжиженный природный газ) представляет собой природный газ (например, метан) в жидкой форме и считается самым чистым горючим топливом. Он сравнительно доступен в изобилии и относительно недорог. Согласно последнему отчету, Соединенные Штаты лидируют по использованию СПГ: 76% домов в США используют СПГ в качестве топлива для отопления.

Свойства СПГ

Как обсуждалось ранее, СПГ представляет собой жидкую форму природного газа, сконденсированного при -160°C при атмосферном давлении.

В отличие от природного газа (СПГ), СПГ сжимается в жидкость для транспортировки, поскольку газ занимает больше места. Транспортировка СПГ (сжатого природного газа) использует закон Бойля (при постоянной температуре и массе давление обратно пропорционально объему), чтобы занимать меньше места по сравнению с природным газом, но все же отстает от СПГ.

Например, возьмем по 1000 кг СПГ и СПГ. Давайте построим бак для любого из этих видов топлива и сравним минимальную емкость бака, необходимую для их размещения.

Плотность СПГ 450 кг/м ³ (прибл.) при -160°С (атм. давление)

Плотность СПГ 194 кг/м ³ (прибл.) при 30°С (250 бар) )

Кроме того, резервуары для СПГ подвергаются высокому давлению (более 200 бар), поэтому резервуары (также связанные с ними трубопроводы) должны соответствовать правилам проектирования сосудов высокого давления и всем правилам техники безопасности для сосудов высокого давления. Это дает перевозчикам СПГ преимущество перед перевозчиками КПГ с точки зрения экономичности и безопасности.

Типы грузовых цистерн для СПГ

Цистерны для СПГ изготавливаются с учетом различных свойств сжиженного природного газа, как указано в предыдущем параграфе. Существует три основных типа систем удержания СПГ, используемых на судах:

1. Мембранный тип

2. Тип MOSS

3. Призматический тип

Система удержания мембранного типа дополнительно классифицируется следующим образом:

грузовых танков мембранного типа – Газтранспорт и Техгаз.)

1. Mark-III

Mark-III изначально был разработан Technigaz. Он состоял из: Первичная мембрана: нержавеющая сталь (304L) толщиной 1,2 мм, гофрированная, вторичная мембрана: триплекс, изоляция: пенополиуретан толщиной 160 мм, армированный стекловолокном. (Толщина изоляции зависит от допустимой скорости выкипания (B.O.R).)

2.GT-96

GT-96 изначально был разработан «Газтранспортом». При этом как первичная, так и вторичная мембраны выполнены из инвара (толщина 0,7 мм). Первичная и вторичная изоляция представляет собой фанерные ящики, заполненные перлитом.

Компания GTT разработала CS-1, представляющий собой комбинацию Mark-III и GT-96.

Здесь первичная мембрана из инвара, а вторичная мембрана из триплекса.

Выбор материала

Интересно знать, что для этой мембраны используется нержавеющая сталь, а не углеродистая сталь. При этом толщина мембраны намного меньше (Марк III – нержавейка 1,2 мм, ГТ-96 – инвар 0,7 мм). Это связано с тем, что материалы ведут себя по-разному при разных температурах. Характеристики материала меняются при значительном изменении температуры. Самое главное, энергия удара материала значительно снижается при криогенной температуре. Здесь следует отметить температуру вязкого к хрупкому переходу (DBTT).

Температура перехода от пластичности к хрупкости

Материалы при очень низких температурах демонстрируют переход от пластичности к хрупкости, также известный как переход нулевой пластичности (НДТ), т.

Пластичные материалы деформируются до разрушения. Проще говоря, они подают предупреждающий знак, прежде чем выйти из строя, в то время как хрупкий материал выходит из строя, не подавая предупреждающего знака, демонстрируя катастрофический отказ (например, стекло).

Для системы удержания груза СПГ важно отметить, что материал мембраны, которая находится в контакте с грузом, должен иметь очень низкую температуру перехода от пластичности к хрупкости (DBTT).

Кристаллическая структура

Характеристики материала, используемого для изготовления, определяются кристаллической структурой, которая отображает расположение атомов. Материал с гранецентрированной кубической структурой (например, аустенитная нержавеющая сталь, инвар) не демонстрирует перехода от пластичности к хрупкости, в то время как материал с объемно-центрированной кубической структурой (углеродистая сталь) имеет очень высокий показатель DBTT.

Почему металлы FCC обладают высокой пластичностью?

Металлы FCC обладают высокой пластичностью благодаря концепции, называемой системой скольжения. Плоскости скольжения – это направление, в котором кристаллографическая плоскость смещается. Материалу с высокой атомной плотностью легче скользить друг относительно друга и вызывать пластическую деформацию; тогда как, с другой стороны, BCC требует очень большого напряжения сдвига для деформации, поскольку они неплотно упакованы, и поэтому эти материалы разрушаются до того, как они деформируются.

Это аналогично падению велосипедов на парковке. Например, на стоянке, если велосипеды плотно упакованы (припаркованы), требуется лишь небольшое усилие, чтобы многочисленные велосипеды упали, точно так же, поскольку атомы плотно упакованы в металле FCC, они имеют тенденцию деформироваться, а затем разрушаться.

Теплопередача

Другим важным фактором, который принимается во внимание при выборе материала для изготовления грузового танка СПГ, являются характеристики теплопередачи материала. Теплопередача обычно связана со свойствами и толщиной материала. Чем толще изоляция, тем меньше теплопередача.

Для оценки теплопередачи от А к В мы используем закон проводимости Фурье.

Q=k A ΔT/t

Где Q — скорость теплопередачи, K — коэффициент теплопроводности, ΔT — изменение температуры, t — толщина.

Из приведенного выше уравнения видно, что скорость теплопередачи уменьшается с увеличением толщины.

Изоляция защищает резервуар от внешнего тепла и, следовательно, снижает выкипание (испарение СПГ).

Иногда изоляция конструируется таким образом, чтобы обеспечить некоторое количество выкипания, которое затем используется в качестве топлива.

Отходящие газы

Эта особая характеристика СПГ также учитывается при выборе материала для конструкции резервуара, как было сказано ранее. Толщина изоляции зависит от допустимой скорости выкипания (B.O.R).

СПГ очень летуч, очень легко испаряется. Следующее сравнение воды и СПГ объясняет, насколько легко испарить СПГ.

Два основных возможных способа получения отпарного газа:

1) Подвод тепла

2) Эффект выплескивания

Управление отстойниками очень важно, так как они влияют на стоимость из-за потери груза и безопасность системы (они увеличивают давление в резервуаре).

Отходящий газ в качестве топлива (блок-схема)

Конструкция резервуара для СПГ

Наиболее распространенными методами сварки, используемыми при изготовлении резервуаров для СПГ, являются сварка TIG и плазменная сварка.

Плазменная сварка имеет небольшое преимущество перед сваркой TIG из-за более высокой скорости сварки. Это повышает производительность.

Качество сварного шва подтверждается визуальным осмотром и проверкой окраски (стандарт ASTM 165).

Приварка листа мембраны:

Листы мембраны – Стальные уголки : Листы мембраны толщиной 1,2 мм привариваются к стальным уголкам толщиной 8 мм. Перед полной непрерывной сваркой выполняется предварительная прихватка для позиционирования листа мембраны.

Аналогичный принцип осуществляется при сварке листа мембраны внахлест с листом мембраны.

По классу (ABS) шаг прихватки должен быть 50-70 мм.

Прерывистая сварка обеспечивает соединение листа мембраны с анкерными планками.

Важно отметить, что на фиксирующих заклепках не должно быть сварки.

Эти фиксирующие заклепки сделаны из алюминия, и растворение алюминия может привести к поломке.

Дефекты сварки и методы ремонта, как описано в ABS

1) Нахлест/чрезмерная выпуклость сварного шва: удалить лишний металл сварного шва

2) Чрезмерная вогнутость / кратеры / подрезы: Подготовить поверхность и переплавить сварной шов с присадочным металлом или без него

3) Неполное проплавление: Зашлифовать недопустимый участок и сварить заново

Критерии приемлемости:

1)W идентификатор сварного шва: 3 мм<= 4,8 мм

2)Зазор перед сваркой: 0,3 мм

3)Окисление с обратной стороны: Плоская часть:10 мм, гофр:20 мм,

4)Шов сварки:>0,8 мм

Приклеивание панели к внутреннему корпусу: Эпоксидная мастика (смесь смолы и отвердителя) прикрепляет панель к внутреннему корпусу. Упругое поведение эпоксидной мастики компенсирует местный прогиб корпуса.

Триплексное соединение: Герметичность вторичного барьера зависит от тройного соединения. Эпоксидный клей обеспечивает приклеивание к панели (520 г/м ² ).

Испытание резервуара на герметичность:

Испытание на утечку гелия

В этом испытании гелий вводят в изоляционный слой и подвергают избыточному давлению. На контролируемый сварочный шов помещают вакуумную камеру (вытяжку). Роль колпака состоит в том, чтобы всасывать утечку гелия. Детектор собирает все ионы гелия, где уровень сигнала затем преобразуется в скорость утечки.

Испытание на герметичность вторичного барьера – испытание на разложение вакуума

N ₂ или Сухой воздух используется при испытании на разложение вакуума. Перед началом фактического тестирования проводится предварительный тест, чтобы убедиться, что система работает правильно.

Между первичным и вторичным пространством создается разница давлений. В первичном пространстве поддерживается атмосферное давление, тогда как во вторичном пространстве давление около -500 мбар. Повышение давления отслеживается в течение определенного периода времени (обычно 12 часов) и строится кривая спада вакуума.

Как оценивается целостность?

Целостность оценивается на основе нормализованной площади пористости (NPA). В правилах указано

NPA<=0,85 см ² .

NPA =(1,210 X 10 ^-3 В _IS )/(A _SB X Δt)

A _{SB –} Площадь поверхности вторичного барьера

V _IS – Объем вторичного барьера

Δt-время от -400 мбар до -300 мбар

Тип системы удержания, используемой для транспортировки груза, зависит от нескольких факторов, таких как тип груза, возможное воздействие на конструкцию, способы их устранения и т. д.

Вам слово..

Вы знаете еще пункты системы герметизации мембранного типа, которые можно добавить в статью? Дайте знать в комментариях ниже.

Сначала мы узнали о самом СПГ, в основном о его свойствах, возможных эффектах наличия криогенной жидкости внутри резервуара, теплопередаче, выборе материала, некоторых основных правилах сварки и о том, как обеспечивается целостность сварки с помощью гелиевого теста. и СБТТ. Помните, что статья ограничена грузовым танком СПГ мембранного типа, другим важным типом является MOSS Rosenberg.

виды, конструкция, плюсы и минусы, установка

Содержание статьи:

• Устройство и принцип работы мембранного бака
• Типы мембранных баков
• Преимущества и недостатки
• Расчет объема
• Требования и рекомендации по установке мембранного бака
• Правила выбора снаряжения
• Возможные поломки
• Популярные модели

При нагреве теплоносителя в закрытых системах отопления создается повышенное давление. Жидкость при температуре 90°С увеличивается в объеме на 3,55%. Чтобы избыточное количество теплоносителя не портило радиаторы или трубы, устанавливается мембранный бак для отопления. Безопасная конструкция металлического бака и гибкой мембраны принимает излишки воды, возвращая показания давления к норме.

Устройство и принцип действия мембранного бака

Расширительный бак с резиновой мембраной внутри для накопления лишней воды при нагреве

Расширительный бак представляет собой герметичную металлическую емкость, внутренняя часть которой разделена на две части эластичной мембраной. Один отсек заполнен воздухом, во второй при расширении будет поступать вода. Корпус бака изготовлен из стали. Металл защищен от коррозии порошковой покраской. По типу тепловых сетей приборы делятся на две группы:

• открыт;
• закрыто.

Открытый расширительный бачок должен находиться в самой высокой точке контура. Изготавливается из стали, наиболее распространена прямоугольная форма. Бачок служит для слива лишней жидкости и растворенного в ней воздуха. Его конструкция очень проста — в металлическую емкость с крышкой врезаны два патрубка — для забора и отвода воды. Бак часто устанавливают на чердаке. В холодном помещении его необходимо утеплить пенопластом. Преимуществом открытой конструкции является простота эксплуатации и низкая стоимость.

Мембранные расширительные баки для закрытых систем отопления должны быть герметичными. Стальной бак рассчитан на длительную эксплуатацию. Его рабочая часть представляет собой эластичную мембрану. Изготовлен из специальной термостойкой резины. В зависимости от типа резервуара используется мембрана баллонного или диафрагменного типа.

Принцип действия

В системах водяного отопления циркулирует жидкий теплоноситель. При нагревании расширяется. Излишек через соединительную трубку поступает в мембранный бак. Эластичная резина растягивается, одно отделение заполняется жидкостью, а во втором сжимается воздух. После охлаждения воды в контуре давление снижается. Под действием сжатого воздуха мембрана расправляется и выталкивает жидкость обратно в систему.

Во время движения жидкость не контактирует с воздухом. Это снижает вероятность коррозии.

Типы мембранных баков

Фиксированный мембранный бак – замена резины не требуется

Для того, чтобы система отопления работала с максимальной эффективностью, важно правильно выбрать мембранный бак.

Фиксированная

Для небольших систем отопления рекомендуется конструкция с фиксированной мембраной. В таких схемах давление относительно стабильно и резких скачков не бывает. Гибкий элемент жестко закреплен и не может быть снят для замены в случае неисправности. Преимуществом варианта является низкая цена.

Сменный мембранный фланец

Особенностью конструкции бака является фиксация баллонной мембраны на горловине с помощью фланца. Болтовое крепление позволяет надежно удерживать резиновую деталь во время работы. Если он сломается, вы можете снять деталь и заменить ее новой. Возможность ремонта продлевает жизнь дорогому баку.

Достоинства и недостатки

Резина герметична, поэтому в систему не попадает воздух

Основное достоинство оборудования – предотвращение протечек и других аварийных ситуаций, возникающих при скачках давления. Баки нужны в длинных контурах. В них содержится значительное количество воды, которая при расширении создает повышенную нагрузку на стыки, радиаторы и трубы.

Преимущества оборудования:

• воздух не поступает в линию;
• оборудование рассчитано на воду любого качества;
• отсутствие испарения жидкости;
• предотвращено аварийное повышение давления;
установка
• возможна в любом месте;
обслуживание системы
• упрощено; регулярная дозаправка охлаждающей жидкости не требуется.

К недостаткам можно отнести потери тепла и относительно высокую стоимость мембранных баков по сравнению с открытыми баками.

Расчет объема

Расширительный бачок должен вмещать 10% от общего объема теплоносителя в системе

Параметры бачка должны позволять не допускать повышения давления при нагреве теплоносителя. Для примерного расчета системы емкостью до 150 л можно воспользоваться формулой: объем бака – 10% от объема системы. В случае использования антифриза параметр увеличивается до 15%. Для расчетов нужна мощность цепи. Узнать параметр можно по счетчику воды в процессе заполнения системы. Он также рассчитывается путем сложения объемов всех узлов, труб, радиаторов и котла. Есть онлайн-калькуляторы для расчета.

Более точное значение даст расчет по формуле: V = V1 x Bt/(1-(Pmin/Pmax)) где:

• V – объем бака;
• В1 – объем жидкости в контуре;
• Bt – коэффициент теплового расширения теплоносителя, по таблице;
• Pmin – заводское давление в баке;
• Pmax – максимальное давление в системе, определяется в момент срабатывания предохранительного клапана.

Правильно подобранный объем расширительного бака способствует продлению срока службы системы отопления.

Требования и рекомендации по установке мембранного бака

Баки малого объема, крепящиеся на стену

Монтаж оборудования можно произвести самостоятельно, следуя инструкции. При работе придерживайтесь требований по установке:

1. Первый шаг – выбор места. Необходимо обеспечить свободный доступ к баку для обслуживания. Хорошее место – участок обратки между насосом и котлом.
2. Для безопасности замкнутого контура потребуется установка предохранительного клапана, воздухоотводчика, манометра и термометра.
3. Перед входным патрубком установлен сливной кран для слива воды из бака.
4. Фильтры не должны устанавливаться в зоне соединения бака и системы отопления.
5. Перед подключением оборудования проверьте давление газового пространства. При необходимости подкачайте воздух.
6. Резервуар нельзя размещать в помещении с минусовой температурой.

Бак надежно крепится к стене, при этом он не должен подвергаться дополнительной нагрузке. Модели большого объема монтируются на пол. Мы рекомендуем схему подключения с расположением подводящего патрубка внизу. Специалисты советуют делать разъемное соединение трубы и сливного крана перед ней. При необходимости расширительный бачок легко демонтируется.

Производитель указывает требования к количеству антифриза в составе охлаждающей жидкости. Заявленные пропорции не должны быть превышены.

Правила выбора оборудования

Важно правильно подобрать объем бака для регулировки давления в системе.

Основные характеристики мембранного бака, на которые ориентируются при покупке:

• объем;
• максимальное давление;
материал мембраны и корпуса
• ;
• рабочая температура.

Эти критерии обеспечат надежность отопления. Недостаточный или избыточный объем бака не позволит установить нормальное давление в контуре. Тип и материал мембраны и корпуса влияют на срок службы оборудования. Качественная резина выдерживает большое количество циклов расширения и сжатия. Чтобы корпус не подвергался коррозии, он должен иметь защитное покрытие. Стоит учитывать габариты изделия и учитывать место установки. Специалисты советуют покупать продукцию известных производителей. Низкая себестоимость продукции часто является показателем использования низкосортных материалов.

Возможные поломки

При длительном использовании мембрана может лопнуть.

В процессе эксплуатации оборудования владельцам рекомендуется раз в полгода осматривать корпус на наличие утечек и повреждений. Также необходимо измерить давление в газовой камере. Состояние мембраны проверяют один раз в 2 года. При длительном отсутствии эксплуатации вода из бака сливается.

Общие неисправности:

• Падение давления в газовом отсеке – необходимо прокачать воздух через ниппель с помощью насоса.
• Повреждение корпуса – механическое воздействие или коррозия могут привести к растрескиванию. Восстановить герметичность емкости можно в сервисном центре.
• Утечка воздушного клапана – резина может треснуть из-за высоких нагрузок и горячей воды. Поврежденную деталь лучше своевременно заменить.

Вы можете отремонтировать оборудование самостоятельно. Для замены мембраны потребуется слить воду, снять емкость и сбросить давление. Затем открутите болты фланца, удерживающие резиновую часть. Старая мембрана удаляется, заменяется новой. Все процедуры выполняются в обратном порядке.

Популярные модели

Расширительные баки Wester для ГВС и отопления окрашены в красный цвет

Российская торговая марка Wester производит мембранные баки для холодного и горячего водоснабжения, а также отопления. Серия WRV предназначена для компенсации расширения охлаждающей жидкости. В него вошли модели различной мощности – от 8 до 10 000 литров. Корпус изделия окрашен в красный цвет.

Wester WRV 50

Прибор используется в закрытых системах отопления.