автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.03, диссертация на тему:Технико-экономическое исследование целесообразности создания судов для транспортировки природного газа в сжатом состоянии

На правах рукописи

Власьев Максим Валерьевич

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ СОЗДАНИЯ СУДОВ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В СЖАТОМ СОСТОЯНИИ

05.08.03 - Проектирование и конструкция судов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005568146

2 9 АПР 2015

Санкт-Петербург 2015

005568146

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» (СПбГМТУ)

Научный руководитель: Демешко Геннадий Федорович, доктор технических наук, зав. кафедрой «Проектирование судов», профессор, ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»

Официальные оппоненты: Зуев Валерий Андреевич, доктор технических

наук, зав. кафедрой «Кораблестроение и авиационная техника», профессор, ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева» Бойцун Игорь Ильич, кандидат технических наук, ведущий инженер Проектного офиса ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть»

Ведущая организация: Закрытое акционерное общество «Центральный

научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт морского флота», г. Санкт-Петербург.

Защита состоится «16» июня 2015 года в 14-00 часов

на заседании диссертационного совета Д 212.228.01 при СПбГМТУ по адресу: г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3, ауд. А-313

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» http://www.smtu.ru в разделе «Наука»

Автореферат разослан_

(дата)

Отзывы просим направлять в двух экземплярах по адресу:

по почте - 190008, г. Санкт-Петербург, ул. Лоцманская, 3, СПбГМТУ (отдел ученого секретаря);

при наличии электронной подписи - e-mail: disser@smtu.ru.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.228.01, д.т.н., профессор

Общая характеристика работы Актуальность темы исследования

За последние два десятилетия мировое энергопотребление увеличилось на 85 % (рис. 1). Доля использования природного газа возрастает, чему способствует ужесточение экологических требований по выбросам в атмосферу, что, безусловно, повышает спрос на природный газ.

19Ф0 ?В05 2019 1015 20ТО 20К> 203«

В Цыпрячьная II К'^тяАифнкя В Блсдний Восток : ; Россия Северная Аиермка

Ш Афрнк* |§ Аян Ш Европа

Рис. 1. Динамика потребления природного газа по основным регионам мира в период 2005-2030 гг.

Мировой рынок природного газа последние двадцать лет рос примерно на 6 % в год. В 2008 г. более 26 % потребляемого газа пересекло государственные границы.

Газ от мест добычи доставляется потребителям в основном по магистральным трубопроводам (75 %) по суше и подводными трубопроводами, а также, в меньшей степени, в сжиженном виде ЬЫО-танкерами (25 %).

Три четверти разведанных на сегодняшний день морских месторождений природного газа в мире остаются неразработанными из-за высокой стоимости транспортировки. Они находятся в местах, значительно удаленных от существующей инфраструктуры для его потребления и переработки, это же касается и попутного газа, получаемого при добыче нефти. Реализация ЦМО-ироектов требует больших начальных инвестиций из-за высокой стоимости заводов по сжижению газа, и для обеспечения их рентабельности перспективны лишь месторождения с большой производительностью (14-28 млн м3/день) и достаточным уровнем долгосрочного спроса на газ с рассматриваемого пункта отправления. Основной составляющей в данной технологии (50 % и более) является стоимость завода по сжижению газа, которая в зависимости от его производительности варьируется в диапазоне от 750 млн долл. до 4 млрд долл. (рис. 2). Операции по загрузке/разгрузке ЬЫО-газовозов требуют наличия специальной береговой инфраструктуры. Стоимость терминала по регазификации составляет обычно до 1/3 от стоимости завода по сжижению газа, а величина полных инвестиций в реализацию 1Л\'0-проекта - от 1,5

до 4,7 млрд долл. в зависимости от потребностей рынка и числа и*Ю-газовозов, определяемого как объемами перевозок, так и протяженностью маршрута.

Морская

:; J ggo/0 Грузовые ./ операции

Рис. 2. Составные части, формирующие стоимость LNG-проекта

Видно, что, несмотря на высокую стоимость самих LNG-судов, на сопутствующую инфраструктуру приходится до 90 % капитальных вложений.

Одной из альтернатив LNG-технологии является CNG-технология (Compressed natural gas или Pressurised natural gas - сжатый природный газ). Она, как техническая идея, активно изучается с середины 70-х гг. XX века, базируясь на идее сжатия природного газа до высокого давления в диапазоне 13-27,5 МПа, что способствует пропорциональному уменьшению занимаемого им объема и увеличению его плотности до 300 раз. Сжатый природный газ предлагается перевозить при этом в особых сосудах высокого давления, устанавливаемых в трюмах специализированных CNG-судов или CNG-барж. Такие сосуды имеют чаще всего цилиндрическую форму и изготавливаются преимущественно из стандартных стальных труб (это высокопрочные стали, например, типа Х-70, Х-80, Х-100). Основную долю вложений в CNG = PNG-системах берут на себя CNG-суда, которые представляют собой «мобильную инвестицию», менее чувствительную к размерам запасов на разрабатываемом месторождении и не подвергаемую никакому политическому и экономическому диктату, как это имеет место в странах, по территории которых проходят магистральные газопроводы.

Ключевыми преимуществами CNG-технологии являются:

- простота, заключающаяся в возможности использования при ее реализации уже существующих оборудования и технологий, используемых в судостроении, производстве средств океанотехники, газовой индустрии и в смежных отраслях промышленности;

- мобильность инвестиций, состоящая в возможности оперативной смены направлений и маршрутов поставок;

- применимость этого способа транспортировки для доставки попутного (нефтяного) газа с морских нефтедобывающих платформ и FPSO;

- масштабируемость;

- возможность использования этой технологии в составе глубоководных добычных комплексов.

ОГС-технология особенно предпочтительна для месторождений с незначительными объемами запасов и на маршрутах, где Ц^Ю-технология экономически нецелесообразна. Ее следует рассматривать как мобильный трубопровод, который может оперативно изменить направление и объемы газовых поставок от мест загрузки к практически любому новому приемному терминалу.

Важным преимуществом является относительно более низкий уровень потерь газа при транспортных операциях с ним, особенно по сравнению с ЬЖ5-технологией.

Базовая концепция СКв-технологии предполагает сжатие природного газа, поступающего из подводящей магистрали или хранилища, на специальном компрессорном оборудовании перед загрузкой на специализированное судно. Ключевую роль здесь играют два основных параметра загружаемого на судно газа: его температура и давление, а также их производная - его плотность, увеличение которой пропорционально величине избыточного давления по сравнению с естественными условиями.

СЫв-технология морской транспортировки газа включает следующие основные операции с ним: очистка от примесей и дегидрация (абсорбция/адсорбция), сжатие, охлаждение (рефрижерация), загрузка на судно, транспортировка морем и последующая разгрузка с использованием оборудования для снижения давления газа до давления в принимающей магистрали и для подогрева охлаждающегося из-за дроссельного эффекта газа до температуры окружающей среды. На рис. 3 кроме самого СЫО-судна представлен состав обеспечивающей подготовку, погрузку и разгрузку газа инфраструктуры ОЮ = РКО-транспортировки природного газа в сжатом состоянии.

150^50

Коыпроссор

__

Грузовое

оборудование Г—

*0 I-ИХ-1-

Твплообивник

Рис. 3. Технологическая схема СКО-транспортировки природного газа с использованием ОЧО-судов

Проблема внедрения морской СКСг-транспоргировки природного газа в мире активно изучается уже более 40 лет, но все исследования пока не носили систематического характера, а были посвящены в основном изучению частных проблем. Поэтому разработку представленной в диссертационной работе методологии проектирования и обоснования как самих СКО-судов, так и всей обеспечивающей их функционирование инфраструктуры можно признать актуальной.

Потребовалось уделить значительное внимание изучению свойств и характеристик природного газа как продукта транспортировки в сжатом виде, обратившись для этого к использованию аппарата термодинамики реальных газов.

Исследования преимущественно посвящены проектной реализации концепции «PNG» норвежской компании Knutsen OAS Shipping, которая, как показано в диссертации, легче всего может быть реализована в отечественных условиях.

Предмет исследования

На защиту выносятся разработанные в диссертационном исследовании способы и совокупность алгоритмов и методик обоснования проектных и конструктивных характеристик CNG-судов и транспортно-технологических комплексов, обеспечивающих морскую перевозку природного газа в сжатом виде, включая в том числе:

- методики определения свойств и характеристик предназначенного к перевозке на CNG-судне природного газа как энергетического продукта и как объекта транспортировки, определяющих требования к самому судну, его комплектации и оборудованию, а также к составу и характеристикам береговой инфраструктуры CNG-комплекса,

- расчетные модели по обоснованию компоновки и характеристик элементов оборудования технологического комплекса береговой инфраструктуры;

- методика обоснования размерений, показателей формы, компоновки, состава оборудования, свойств и характеристик CNG-судна для различных исходных условий;

- логистическая модель и формирование состава флота в обеспечение морской транспортировки CNG-судами заданного объема газа на указанной линии;

- программные продукты, разработанные в обеспечение решения перечисленных выше задач диссертационного исследования.

Объект исследования

Свойства и характеристики природного газа; элементы береговой инфраструктуры, обеспечивающие функционирование CNG-транспортировки газа; грузовые емкости для сжатого газа; CNG-суда; морские транспортно-технологические CNG-комплексы и логистические модели их функционирования.

Цель диссертационного исследования

В качестве цели диссертационного исследования предлагается формирование методического аппарата, позволяющего решать проблемы перемещения морем заданного количества природного газа в сжатом виде с тем или иным смесевым составом и свойствами газа в любом регионе для любой конкретной линии поставок. Решаются следующие задачи:

1. Создание методики определения свойств, характеристик и фазовых состояний природного газа как энергетического продукта и как объекта транспортировки в зависимости от состава газовой смеси, задаваемого давления газа в грузовых емкостях, его температурных режимов, типа и характеристик самих емкостей.

2. Формирование состава и обоснование характеристик систем подготовки, загрузки и разгрузки природного газа, обеспечивающих грузовые операции с CNG-судами.

3. Создание методики проектирования CNG-судна, представляющей собой совокупность логических, аналитических и процедурных действий, имеющих целью обоснование свойств и характеристик проектируемого судна:

- систематизация данных по приемлемым типам, массогабаритным и конструктивным характеристикам грузовых емкостей. Методика их проектирования. Объединение их в укрупненные грузовые единицы, такие как кассеты;

- анализ существующего нормативного обеспечения проектирования, постройки и безопасной эксплуатации CNG-судов с выработкой проектных рекомендаций по его учету при формировании проектных методик;

- формирование требований к CNG-судну как объекту проектирования в отношении его формы, компоновки, конструкции, комплектующего оборудования и безопасной эксплуатации;

- методика определения размерений, показателей формы и компоновки CNG-судна;

- определение строительной и эксплуатационной стоимости судна как базы для оценки его экономической эффективности;

- формирование транспортно-логистической модели доставки природного газа с помощью CNG-судов как альтернативы газотранспортным трубопроводам или LNG-судам;

- разработка прикладного программного обеспечения, позволяющего автоматизировать процесс проектирования CNG-судов и морских транспортно-технологических CNG-комплексов.

Степень проработанности научной проблемы

Исследуемая проблема относится к числу многоуровневых задач проектирования сложных объектов морской техники. Для ее решения фундаментальное значение имеют идеи многоуровневого системного подхода к процессу проектирования судов, изложенные в работах АшикаВ.В. и Бронникова A.B. Важное место занимает и монография Пашина В.М., в которой предложен аппарат оптимизации и согласования проектных решений, принимаемых на этапах решения внешней и внутренней задач проектирования судов. Немаловажное значение приобрели работы Гайковича А.И. в части создания математических моделей сложных технических систем, к каковым относятся объекты морской техники, в частности CNG-суда.

В работе нашла отражение методология исследовательского проектирования судов-газовозов (LNG) для перевозки природного и нефтяного газов, созда!шая работами Морейниса Ф.А., Логачева С.И., Барабановой М.Н., Вашедченко А.Н., Михайлова Б.Н., Зайцева В.В., Баскакова С.П., Нахимовского М.А., Макарова В.Г. и др.

При изучении и формализации характеристик и моделей поведения природных и нефтяных газов на стадиях их добычи и транспортировки использованы труды Арнольда К.С., Павловского В А., Гвоздева Б.П., КостылеваИ.И., Козырева В.К., Марковского P.P., Петухова В. А. и многих других.

Научная новизна исследования

Впервые разработан аппарат обоснования и назначения основных элементов, свойств и характеристик CNG-судна, а также состава и проектных характеристик оборудования береговой инфраструктуры морского транспортного CNG-комплекса на ранних стадиях проектирования. Новизна обеспечивается формированием оригинальных расчетных алгоритмов и методик для исследуемого типа судов и их подсистем с учетом специфических свойств и характеристик природного газа как продукта перевозки. Результаты исследований представлены не только в виде математических зависимостей, в графической и табличной форме, но и в виде прикладных программ для ЭВМ, позволяющих значительно расширить сферу и масштабы исследований и обосновать оптимальное решение. В работе это подтверждено значительным количеством сравнительных расчетных исследований, позволивших, таким образом, апробировать предложенные методики и алгоритмы. Новые результаты, полученные в диссертации, включают:

1. Формулирование рекомендаций по получению оптимальных термодинамических характеристик природного газа, предполагаемого к транспортировке в сжатом состоянии на CNG-судах.

2. Обоснование состава и методики выбора основных характеристик оборудования береговой инфраструктуры, необходимого для функционирования транспортно-технологического CNG-комплекса.

3. Методику обоснования архитектурно-конструктивного типа и основных параметров и характеристик CNG-судна.

4. Методику расчета строительных и эксплуатационных затрат CNG-судна.

5. Математическую модель функционирования линии морской транспортировки заданного количества природного газа, поставляемого с помощью CNG-судов.

6. Алгоритмы и компьютерные программы расчета морских транспортных CNG-комплексов для перемещения заданного количества природного газа на конкретных линиях, в том числе арктических.

Практическая значимость работы

Разработан методологический аппарат по рациональному выбору проектных характеристик CNG-судна на ранних стадиях проектирования.

Разработан методологический аппарат по обоснованию состава и проектных характеристик оборудования береговой инфраструктуры морского транспортного CNG -комплекса.

Выполнены аналитические исследования с целью выработки рекомендаций по учету требований существующего нормативного обеспечения проектирования, постройки и эксплуатации CNG-судов.

Разработан методический аппарат для оценки строительных и эксплуатационных затрат CNG-судна как базы для оценки его экономической эффективности.

Апробация и внедрение результатов работы

Основные результаты диссертационного исследования докладывались на следующих семинарах и конференциях:

- Международная конференция по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO/CIS Offshore, 2011);

- Научно-техническая конференция «XLV Крыловские чтения», 2013 г.

Теоретическая и методологическая основа диссертации

Проведенное исследование базируется на научных методах и аппарате следующих дисциплин:

- теория проектирования судов;

- термодинамика углеводородных газов;

- статистические методы осреднения, сглаживания, экстраполяции при построении эмпирических зависимостей;

- теория сложных технических систем.

При выполнении вариантных расчетов и построении графических зависимостей использовались программные продукты Aspen HYSYS, ChemCad, Ansys, AutoCad, Диа-лог-Статик, Microsoft Excel 2007, Delphi 7.

Информационная база исследования

В процессе подготовки диссертационной работы использовались разнообразные источники информации, которые можно условно разделить по нескольким направлениям:

- периодические журналы и справочники, специализирующиеся на тематике проектирования, постройки и эксплуатации судов для перевозки газов (в том числе CNG) и химических продуктов;

- периодические издания более широкого профиля, освещающие вопросы проектирования и эксплуатации судов различных типов;

- сборники докладов на международных конференциях, тематических выставках и т.д.

- исследования отечественных и зарубежных авторов, посвященные проблемам проектирования LNG-танкеров и LPG-танкеров, контейнерных судов и их отдельных подсистем;

- работы, посвященные обоснованию проектных и технических характеристик нефтегазового оборудования;

- работы но теории проектирования судна и морских транспортных систем и обоснованию их элементов;

- научные труды и проекты судов и сложных морских сооружений отечественных ученых и конструкторов ведущих НИИ. Особое значение для данной работы имеют материалы ФГУП «Крыловский государственный научный центр», ЗАО «ЦНИИФ», а также личное творческое общение с ведущими специалистами в отрасли.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 статей, включая четыре публикации в журналах перечня ВАК РФ: две статьи при 30-процентном участии автора, одна статья — при 50-процентном и одна при 100-процентном. Результаты исследований были представлены в 2011 г. в международном отраслевом журнале «Oil Market» (№4) в статье «Проектные исследования по созданию судов для транспортировки природного газа в сжатом состоянии» - 30-процентное участие.

Структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Объем работы составляет 231 стр., включая 19 таблиц, 89 рисунков, а также 10 приложений на 168 стр. Список литературы представлен 165 источниками.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены его цели и задачи, охарактеризованы научная новизна и практическая значимость, сформулированы основные положения работы, выносимые на защиту.

В первой главе «Природный газ как объект морской транспортировки» проанализированы данные о характеристиках, фазовых состояниях и свойствах природного газа как объекта морской транспортировки в зависимости от состава газовой смеси, задаваемых давлениях в грузовых емкостях, температурных режимов и характеристик самих емкостей.

Природный газ представляет из себя смесь множества газообразных компонентов, среди которых от 50 до 99 % может приходиться на метан (СН»), и свойства любого смесевого состава газа всегда заметно отличаются от свойств чистого метана. По существу, каждое газовое месторождение имеет свой собственный состав газовой смеси, и потому стандартов на состав газа устанавливать не принято.

Как объект транспортировки природный газ обладает свойствами, подверженными значительным изменениям при варьировании его состава и основных термодинамических параметров — температуры и давления. С практической точки зрения это, в первую очередь, касается его плотности, от величины которой зависит количество газа, закачиваемого в грузовые емкости (рис. 4). На рис. 4а и 46 видно, как сильно для каждого фиксированного значения давления газа Р повышается плотность газа при понижении

10

его температуры. Действительно, снижая температуру газа при названном давлении от +15 до -15 °С, удается повысить его плотность более чем на 20 %, т.е. на столько увеличивается масса перевозимого газа на конкретном судне.

Законы газового состояния идеальных газов, которые используются для расчета характеристик природного газа, выведены при допущении, что молекулы газа можно рассматривать как материальные точки, размер которых ничтожно мал по сравнению с пространством между ними, и что между молекулами газа отсутствуют межмолекулярные силы. Между тем у реальных газов молекулы занимают некоторый объем и между ними действуют силы межмолекулярного взаимодействия.

В этой связи принято пользоваться уравнением состояния идеального газа, адаптируя его к особенностям реальных газов путем введения в него дополнительного множителя в виде эмпирической безразмерной поправки, так называемого коэффициента (фактора) сжимаемости (¿):

РУ = гпКТ. (1)

Отсюда получаем выражение для Ъ\

РУ

г=-

пКТ

(2)

Таким образом, Ъ - поправочный коэффициент, называемый на практике коэффициентом (фактором) сжимаемости газа Это эмпирическая величина, учитывающая степень отклонения свойств реального газа от свойств идеального. Характер изменения значений 2 (фактора) при изменении температуры и давления газа можно проследить на рис. 5.

►~1>=150 Бэр р=2(» Бар ■ р=2»б*> - р'250 бар

-35 -25 -15

а)

б)

Рис. 4. Диаграммы плотности чистого метана и природного газа смесевого состава «Северный поток» в зависимости от их температуры, давления: а) зависимость плотности чистого метана (СНи) от давления и температуры, измеренной в °С; б) зависимость плотности природного газа от температуры и давлений для смесевого состава, который имеет место в газопроводе «Северный поток» (СН4 - 98,18 %)

Плотность газа с определенным смесевым составом р при известном ¿-факторе может быть определена с использованием выражения (см. форм. (1))

2ЯТ ' 4 '

Сказанное выше дает основание утверждать, что повышение эффективности

СТГО-транспортировки достигается увеличением давления газа в баллонах и максимально возможным понижением его температуры. В то же время, очевидно, что повышать давление в баллонах выше 250-275 бар нецелесообразно, так как это сопряжено с резким увеличением металлоемкости грузовой системы из-за роста необходимых толщин стенок баллонов, а доля газа, перевозимого при этом на СЫО-судне в составе его полной массы, значительно снижается.

Рис. 5. Значения 2-фактора для смеси природного газа в газопроводе «Северный поток» при варьировании его температуры и давления В главе даны рекомендации и алгоритм обоснования предпочтительных параметров газа, рекомендуемых для их обеспечения при его загрузке в баллоны СЫО-судна (с учетом смесевого состава газа и особенностей судна).

Во второй главе обоснован алгоритм формирования состава и характеристик комплектующего оборудования береговой инфраструктуры, необходимой для реализации СЫв-проектов в реальных условиях.

Исключительно важно, что СИО-технология не требует разработки принципиально новых обеспечивающих технических средств и технологий для осуществления такого рода морских транспортных операций. Необходимое оборудование грузовой системы СЫО-судна, и компонентов береговой инфраструктуры - сами баллоны, скрубберы, адсорберы, компрессоры, охладители и подогреватели газа, детандеры, трубопроводы высокого давления, запорные краны, соединительные муфты, вертлюги и т.п. — уже широко применяются в нефтегазовой промышленности, а потребности рассматриваемых здесь СКв-проектов потребуют лишь обоснования требований к ним в отношении их соответствия. Современные рейдовые системы причального и беспричального налива сжиженного газа и нефтепродуктов также могут быть адаптированы для СМО-технологий.

По системе магистральных трубопроводов газ поступает к специальному оборудованию для его подготовки к транспортировке (рис. 6) Технология морской транспортировки подаваемого к загрузочному терминалу природного газа предполагает после его очистки и осушки «дожатие» от давления в 50—100 бар, с каким он находится в подводящей газотранспортной сети, до давлений, принимаемых для газа в баллонах (175250 бар), что может производиться или на береговой, или на располагающейся на борту СКО-судна компрессорной станции.

Загрузка

Рис. 6. Технологическая схема систем загрузки/выгрузки сжатого газа для СЖ}-судна: 1 - поступающий газовый поток (из скважин; от магистрального газопровода), 2 - система осушки (адсорбционная); 3 - трубопровод для низконапорного потока газа; 4 - компрессорное оборудование; 5 -установки воздушного охлаждения (теплообменники); 6 - грузовая магистраль, ведущая на СИО-судно; 7 - загрузочный буй/береговое причальное сооружение; 8 - разгрузочный буй/береговое причальное сооружение; 9 - станция понижения давления и подогрева газа; 10 - дросселирующий клапан; 11 - газ, поставляемый потребителю/в хранилище

Природный газ, поступающий из скважины, включает примеси, содержание которых в процессе его транспортировки и потребления жестко регламентируется и которые удаляются специальным оборудованием еще перед подачей в газотранспортную магистраль. В первую очередь, речь идет о песке, пыли, влаге, углекислоте, соединениях серы, тяжелых углеводородах, присутствие которых вызывает выход из строя арматуры газотранспортной сети и требует постоянного контроля и мер по очистке от них газа. В частности, наличие воды в газе при определенных соотношениях давления и температуры вызывает увеличение коррозии металлов, образование конденсата и водяных пробок, выпадение гидратов, которые представляют опасность и для наземного газового оборудования, и для судового, в том числе и для самих газотранспортных емкостей. Условие невыпадения газовых гидратов определяется температурой точки росы по влаге: подача газа при температуре более низкой, чем в данной точке, нежелательна, так как в этом случае и произойдет выпадение газовых гидратов. Механические примеси удаляют в специальных сепараторах, а влагу - в абсорберах или адсорберах.

Заполнение баллонов газом после его прохождения через компрессорную станцию согласно дроссельному эффекту начинается с резкого снижения температуры поступившего в баллон газа, но затем происходит значительное повышение его температуры, которая растет за счет увеличения энтальпии при теплообмене с баллоном. Это становится причиной и источником перегрева газа, в связи с чем снижается его плотность, что приводит к уменьшению количества газа, оказавшегося в баллоне. Повышение температуры газа в баллоне в итоге вызывает перепад температур, достигающий 5060 °С. Такой перепад может быть снижен каскадным способом заполнения баллона, представляющим собой двух-трехсгупенчатое повышение давления в баллоне до расчетного, хотя это, как очевидно, значительно усложняет и удорожает конструктивную и компоновочную схемы загрузки СЫО-судна. Данный способ подачи газа в баллоны позволяет также снизить мощность, потребляемую дожимными компрессорами.

Существовавшие ранее исследования процесса наполнения баллонов сжатым природным газом были направлены на повышение эффективности заправки автомобильных газовых баллонов. Здесь накоплен весьма полезный опыт, использование которого дает ускоренное развитие рассматриваемым морским транспортным СИО-технологиям. Испытания автомобильных газовых баллонов показали, что упомянутое выше возникающее повышение температуры в баллоне до 10-15 % уменьшает массу закачиваемого в баллон газа.

Кроме каскадного способа загрузки газа частично возможным решением данного вопроса является дополнительное охлаждение газа до температур (+5...-30 °С), которое позволит снизить уровень нагрева газа при загрузке его в баллон. Это требует использования специальных теплообменников, устанавливаемых за компрессорной станцией. Здесь необходимо выполнение термодинамических расчетов, определяющих количество теплоты, которое должно быть при этом отведено от газа перед закачиванием его в баллоны.

В качестве исходных данных при выборе параметров и характеристик компрессорного оборудования рассматриваются:

- объем закачиваемого в судовые емкости газа и время его загрузки, определяющие производительность «дожимного» компрессора;

- давление газа на линии всасывания и нагнетания, т.е. перед компрессором и за ним (последнее без учета потерь в сети за компрессором);

- температура газа на всасывании;

- плотность поступающего газа.

Проектная мощность, потребляемая компрессорной станцией на загрузочном терминале, на начальных этапах может быть оценена с использованием параметра «удельная мощность компрессорного оборудования - со» и параметра «б - отношение давлений на всасывании и на выходе из компрессора (в = Рё/Р5)». Значение величины и» предлагается как отношение мощности, потребляемой оборудованием компрессорной

14

станции, к объему сжимаемого им газа, и зависит от типа компрессорного оборудования и температуры газа, подаваемого к этому оборудованию (tBX) (см. (4)):

N

(о = ——, кВт/м3-сут., (4)

Q

где Nycr - мощность, потребляемая компрессорной станцией, необходимая для «дожа-тия» газа объемом Q, кВт; Q - объем газа, подаваемого для погрузки его на CNG-судно в сутки, млн м3/сут.

На рис. 7 в качестве примера представлены сводные данные по удельной зависимости компрессорного оборудования <в, соответственно, поршневого и центробежного компрессоров при компримировании (сжатии) природного газа со смесевым составом, предполагаемым для прокачки в газопроводе «Северный поток».

а) б)

Рис. 7. Зависимость удельной мощности компрессорного оборудования со от коэффициента компрессии б при варьировании начальной температуры газа 1ВХ(°С): а) поршневой тип компрессоров; 6) центробежный тип компрессоров

Представленная методика и результаты выполненных расчетов позволяют подобрать компрессорную станцию, включающую и приводные двигатели, и принять решение о размещении этого оборудования на СЫй-судне или на берегу.

Потребляемая компрессорным оборудованием мощность может быть существенно снижена увеличением периода загрузки газа с берега на СЫО-судно, например, с 1 суток до 1,5-2, т.е. снижением производительности рассматриваемого оборудования.

Охладители - это устройства, охлаждающие газ между ступенями сжатия. Они могут понадобиться также для охлаждения газа в нагнетательной линии перед установкой очистки или осушки либо для того, чтобы удовлетворить требованиям технических условий в газотранспортной магистрали. В практике газотранспортных магистралей применяются воздушные охладители, но из-за их громоздкости в морских СЬЮ-проектах предпочтительны водяные.

Температура газа на выходе из компрессора зависит от типа используемых охладителей. Применение воздушных охладителей позволяет охлаждать газ до температуры -37 "С. При использовании водяных охладителей, где рабочим телом является морская вода, удается уменьшить температуру газа на выходе из компрессора до —15 °С.

15

Стоимость компрессорного оборудования на мировом рынке, оснащенного воздушным теплообменным аппаратом, варьируется в диапазоне 750-800 долл./кВт, а компрессорного оборудования с водяным - 1300-1700 долл./кВт.

В теплообменники (холодильники) природный газ поступает с компрессорной станции. При выполнении операции охлаждения газа важным параметром процесса охлаждения является время этой технологической операции. В расчетах оно условно принимается эквивалентным времени, требующемуся для загрузки СИО-судна. Это связано с тем, что технологический процесс подготовки сжатого газа не предполагает наличия каких-либо дополнительных операций с ним — газ сразу подается на судно для закачивания его в грузовые баллоны. Время охлаждения газа лимитируется мощностью по теплоотводу и количеством холодильных установок.

На начальных этапах проектирования оценка потребной мощности холодильного оборудования может быть выполнена с использованием предлагаемого удельного показателя мощности холодильного оборудования т:

т = —. кВт/ млн м3-сут., 2

(5)

где Б - мощность холодильного оборудования, необходимая для охлаждения газа объемом кВт; <3 — объем газа, подаваемый для погрузки на СЫО-судно, млн м3/сут.

2500 '

кВт/млн.м сут. 1

- Воздушное -бойгше

Рис. 8. Зависимость удельной мощности рефрижераторного оборудования т на 1 млн м3/сут. для компрессорного оборудования с воздушным и водяным охлаждением

На рис. 8 представлен график зависимости удельной мощности холодильного оборудования -с на 1 кВт/млн м3 сутки для компрессорного оборудования с воздушным и водяным охлаждением при охлаждении компримированного природного газа со смесе-вым составом, предполагаемым для газопровода «Северный поток». За начальную температуру газа, с которой он поступает к холодильникам (теплообменникам) после прохождения сопряженного с компрессорным оборудованием охладителя, принята температура, равная г = 20 "С. Полученный график можно использовать при подборе холодильного оборудования, встраиваемого в технологическую цепь операций с газом, загружаемым на СЫО-судно.

Здесь следует заметить, что мощность, потребляемая охладителями газа (холодильниками), как и ранее компрессорным оборудованием, может быть снижена за счет увеличения времени загрузки газа с берега на CNG-судно, т.е. путем снижения подачи газа к холодильникам. На мировом рынке стоимость необходимой холодильной установки варьируется в диапазоне 1300-1400 долл./кВт (воздушной) и 3000-3500 долл./кВт (водяной).

В третьей главе приведены результаты аналитических исследований нормативных требований по проектированию, постройке и эксплуатации CNG-судов.

На сегодня ведущие классификационные общества (КО) Det Norsk Veritas (DNV), American Bureau Shipping (ABS), Bureau Veritas (BV), Российский морской регистр судоходства (PC) разработали собственные нормативные правила классификации и постройки CNG-судов для перевозки сжатого природного газа. В работе выполнен сопоставительный анализ требований ведущих указанных КО к CNG-судам (см. Приложение 4). В названных правилах всех четырех КО нормы и ограничения в одинаковой мере касаются, в первую очередь, регламентации общего расположения, конструкции корпуса, остойчивости и непотопляемости CNG-судов, а также конструкции, конструкционных материалов и условий размещения на судне газовых емкостей, комплектации и характеристик грузовой и противопожарной систем. Все требования направлены на обеспечение безопасности эксплуатации CNG-судов как перевозящих особо опасный груз, каковым является природный газ.

По сравнению с требованиями правил PC и BV требования ABS и DNV «мягче» в отношении запасов прочности при расчете грузовых емкостей и аварийной остойчивости CNG-судов. Это в значительной мере связано с тем, что структура и содержательная часть требований правил PC и BV основывается на требованиях IMO и Кодекса IGC.

В диссертации показано, что компоновка и оборудование CNG-судна, организация на нем работ с газом, его грузовая система и газовые баллоны, а также оборудование береговой инфраструктуры загрузочного и разгрузочного терминалов в обязательной мере должны отвечать всем регламентным нормативам газовой индустрии, обеспечение безопасности в которой основывается на значительном опыте, насчитывающем несколько десятилетий (см. Приложение 8 - таблицы П.8.1 и П.8.3).

В четвертой главе разработана методика определения основных элементов и характеристик CNG-судов.

Специфика груза, каким здесь является сжатый природный газ, перевозимый в грузовых баллонах, и способ их установки на CNG-судне предопределяют схему его общего расположения и архитектурно-конструктивный тип этих судов (рис. 9).

Каждый грузовой баллон снабжается индивидуальным клапаном, который, удерживая газ, позволяет изолировать его от других сосудов и дает возможность в целях безопасности стравливать его при превышении предельных значений рабочего давления в сосуде. Группа цилиндрических баллонов в количестве от 6 до 24, как правило, объ-

единяется в модуль, именуемый кассетой, образуя как бы один резервуар сжатого природного газа, причем такой модуль имеет общий манифольд. Такое размещение баллонов особенно целесообразно при их вертикальной установке в трюмах судна (рис. 10, 11).

fliiBw^ штЩШшЩ • ш ЯН ШШ1 ШШФ

V ffjsaggag>?3 л..............................:;.. щшш ,, . ШШШ '^ьЩёШШШг^- 1

Рис. 9. Схема размещения цилиндрических грузовых баллонов на CNG-судне при установке их в вертикальном положении

Грузовые кассеты с баллонами могут быть расположены на судне в закрытых или открытых грузовых пространствах (трюмах). Для открытых трюмов особое внимание уделяется защите грузовых емкостей от коррозии и пожара, а также надежным способам фиксации утечек газа из грузовой системы. Над грузовым трюмом, если он делается закрытым, устанавливается легкий защитный кожух, герметизирующий трюм от заливания водой и других воздействий внешней среды, который с целью его облегчения целесообразно изготавливать из композитных материалов.

Анализ существующих и разработанных в диссертации концептуальных проектов CNG-судов позволил установить, что доля перевозимого газа от их полного водоизмещения CNG-судна находится в диапазоне

Vtp = 0,09...0,16. (6)

На рис. 12 дана зависимость ожидаемой величины водоизмещения CNG-судна D в функции от объема газа V, закачиваемого в его грузовые емкости. В выборку вошли суда, имеющие вместимость по газу в интервале значений 2—25 млн м3.

Предварительное значение водоизмещения судна может быть найдено из графика на рис. 12 или использованием зависимости (7):

D = 6048,1V + 13 055. (7)

Статистический анализ соотношений главных размерений CNG-судов позволил получить следующие зависимости:

— = 6 • £) -10"6 + 6,282^ В

— = 4 •£>• 10^+3,746 Г

н

= £>-10~6 +2,114

(8)

Эти формулы могут быть использованы для предварительной оценки главных размере-ний СТТО-судна в первом приближении.

/7«

Рис. 10. Схема грузовой кассеты с указанием ее габаритов

Ф+М)

и

< _

Рис. 11. Поперечное сечение грузовой кассеты:

1к - длина кассеты; Ь„ - ширина кассеты, 1«= Ь„

V, мпн.куб.м

Рис. 12. Зависимость значения водоизмещения СТ^Ю-судна с вертикально установленными грузовыми баллонами от величины объема газа, закачиваемого в его грузовые емкости (н.у.: 0 °С, 0,1 МПа) 19

Далее суммированием составляющих нагрузки определяется масса СЫв-судна порожнем - в виде совокупности укрупненных разделов, для которых в работе предложены соответствующие зависимости: масса корпуса, масса электроэнергетической системы, судовых устройств и систем (в том числе характерных для СЖЗ-судов), грузовых кассет, включающих грузовые баллоны и их арматуру. Даются также формулы для нахождения величины дедвейта судна По найденным величинам массы судна порожнем и дедвейта уточняются полученные в первом приближении значения водоизмещения судна и его главных размерений.

В работе выполнено обоснование уточненных значений длины и ширины СЫО-судна, а также размеров всех трюмов с учетом условий установки на грузовой палубе (на настиле 2-го дна) укрупненных стандартных грузовых единиц, какими здесь являются кассеты с баллонами, с обеспечением при этом всех технологических зазоров, а также требований Правил классификации и постройки КО. Показано, что значения ширины СЫС-судна В и отношения В/Т, достигающего величин 4 и более, определяются требованиями обеспечения остойчивости — это объясняется чрезвычайно высоким положением центра тяжести судна

Общая длина СКО-судна Ь, принимаемая далее в качестве расчетной и отвечающей условиям выполнения требований ТЗ, может быть представлена как сумма длин, занятых грузовым пространством, машинным отделением, коффердамами, фор- и ах-терпиком, технологическим отсеком, обеспечивающим операции погрузки и разгрузки перевозимого газа (если он предусмотрен):

¿ = + 4 + (9)

где 1Ар - длина судна, занятая грузом (совокупная длина трюмов); Ьф - длина форпика; Ьа — длина ахтерпика; Ьмо - длина машинного отделения; 1а — длина технологического помещения; Ькпп — ширина поперечной коффердамной переборки, принимаемой равной двум шпациям; Кп - количество поперечных переборок в грузовом пространстве, рассчитывается как Кп = (п,р. + 1), где п-ф. — количество грузовых трюмов.

Длина грузового трюма может быть найдена, будучи кратной числу поперечных рядов кассет в нем:

2-х,, (10)

где /«ас - длина грузовой кассеты, м; ткас - количество поперечных рядов грузовых кассет, устанавливаемых по длине одного трюма, шт.; Х1 — зазор между стенкой кассеты и конструкциями судна (здесь — коффердамной переборки), м; Хг — технологический зазор между грузовыми кассетами, м.

Количество кассет, устанавливаемых по длине грузового пакета, может быть определено по преобразованной формуле:

К ~ (К, +') • Ь-^пр )+"„,■ (Хг ~ 2Х,) --' (11)

где 1« - ширина кассеты с баллонами; Ьпоппр - ширина поперечной переборки; Птр - количество трюмов (может быть определено также в соответствии с требованиями РС) -ПтриЬГр/(1тр+ Ьпоп.пр), — округленное в меньшую сторону.

Для определения ширины судна предложена зависимость

В,=Вгр+2-Вд.6+Ьш, (12)

где Вгр — ширина грузового трюма; Вдв б — ширина двойного борта; Ькп - ширина продольной коффердамной переборки, которую в дальнейших расчетах предлагается принимать равной ширине одной грузовой единицы Ькп = Ьк; Ьк - ширина кассеты (грузовой единицы).

Для нахождения количества кассет Шас шир, вмещающихся по ширине судна, предложена зависимость (оно всегда будет иметь четное значение)

„ _ (В,-2-^,-2^.-4-^,+2 Х3)

где X] - величина зазора между стенкой кассеты и внутренним бортом или стенками кассеты и продольной коффердамной переборкой; Хз — величина зазора между стенками смежных кассет

Укрупненная блок-схема разработанного в диссертации алгоритма проектирования СКО-судна представлена на рис. 13. При построении алгоритма определения основных проектных характеристик в качестве исходных данных приняты: объем транспортируемого природного газа (при нормальных условиях); расчетное давление в баллонах; тип применяемых грузовых кассет с баллонами; скорость хода судна; дальность плавания; автономность по запасам продовольствия и воды. Также дополнительно могут быть заданы:

- ледовый класс и знак автоматизации и т.д.;

- тип энергетической установки;

- число гребных винтов (вальность).

Деление алгоритма на блоки принято по функциональному признаку при условии их физичности. Принцип построения алгоритма основывается на последовательном использовании результатов расчетов в предыдущих блоках последующими. На определение проектных характеристик и выбор главных размерений корпуса судна значительное влияние оказывает большая величина грузового места, каковым является кассета с баллонами, что приводит к дискретности при изменении размерений судна.

Выбор оптимального состава флота CNG-cyдoв напрямую связан с критерием, по которому будут оптимизироваться размерсния будущих судов. Для выбора оптимального состава флота СКв-судов используется широко применяемый в газовой индустрии экономический критерий - себестоимость транспортировки 1000 м3 природного газа, в данном случае на С№3-судне.

Рис. 13. Блок-схема определения проектных характеристик CNG-судов

В соответствии с приведенным алгоритмом была создана компьютерная программа Ship State, написанная на языке Delphi. Данная программа позволяет производить поиск оптимальных значений главных размерений CNG-судна, расчеты нагрузки масс, строительной стоимости судна, постатейный расчет эксплуатационных расходов и расчет себестоимости транспортировки природного газа на судне. Пример интерфейса программы Ship State представлен на рис. 14.

Разработанная компьютерная программа позволяет рассчитывать различные характеристики процесса транспортировки заданного грузопотока природного газа на конкретной линии, выбирать оптимальный вариант транспортировки газа. В качестве примера с помощью разработанной программы была выполнена экономическая оценка себестоимости транспортировки природного газа в сжатом состоянии на CNG-судах с годовым грузопотоком 5 млрд м3, с максимальным расстоянием транспоргировки 2000 мор. миль, для судов вместимостью W = 20 млн м3 при расчетной скорости хода и = 15 уз.

Ц! ftc« ->км*яхе äa OK о®»- И слой ные дак-fcje Результаты о асчстое j:

Овьдч -rpaerv^T-W»«™ Дали-осте плева»«, мор.»* 1 д|"

ПО 1500

TrfirryKi&WKdcer» • • Тип 1 -jj - rvyyxxxp гЕгэогоглгт ^o.u 13000000000 USDMc . -7600 :33187.77

¡1064 ! 110

в«,«, . ____

3? 2 Ь'ДнЛММФГ&МГф* изо ■ ' - 255.3

{250 :J ¡670 - '27,03 ¡9.35 ;

Wiepaupanp« ■

J> i ¡5 ________________

tkopoeti Cfan fin Ярод»»чвпс>«р«о<ту * - ¡180

: И 5 й

f ЛЗффИ«нТ OÜUtK ПцмоаваМрпа ipexura re г

0.82 -j ; . j30 : . 117217,12 г !

Яэ - ': i

Рис. 14. Интерфейс компьютерной программы Ship State

Себестоимость транспортировки природного газа на СМО-судах сравнивалась с себестоимостью альтернативных способов доставки газа, а именно по морскому трубопроводу и ЫМв-танкерами. На графике (рис. 15) указаны значения себестоимости такого же объема газа рассматриваемыми видами транспорта.

л

С«бестом иость транспортировки USD.' 1000 «уб.м

■ 7

1

Количество CNG-судсв ка л*н

■•» Мореной трубопровод i -A-LNG-еуда.........

Расстояние, кор.мипъ

Рис. 15. Динамика изменения себестоимости транспортировки природного газа различными видами транспорта. (2 = 5 млрд м3, XV = 20 млн м3

Результаты расчета экономической эффективности свидетельствуют о целесообразности применения СЫв-судов как транспортных средств перевозки природного газа (см. рис.15). Анализ результатов экономической эффективности перевозки газа на СЫв-судах позволил сделать вывод о том, что наименьшую себестоимость транспортировки будет иметь флот €N0 с минимальным количеством судов на линии.

Однако такие суда имеют предпочтительный диапазон их использования. Данный вид транспортировки желательно применять на судоходных линиях с протяженностью, не превышающей 1250 мор. миль (см. рис. 15). Дальнейший рост расстояния требует увеличения количества судов на линии, что в свою очередь ведет к удорожанию себестоимости транспортировки газа с помощью ОТО-судов, которые в таком случае теряют свое конкурентное преимущество в сравнении с альтернативными видами транспорта природного газа - морскими трубопроводами и ЬКО-танкерами.

Основные результаты и выводы

В настоящий момент природный газ представляет собой экологически чистый источник энергии, мировой спрос на который постоянно увеличивается - он становится одним йЗ наиболее востребованных энергоносителей в мире. Важнейшей проблемой функционирования глобальной газовой индустрии является большая удаленность основных потребителей от мест добычи газа и высокая доля транспортных средств и инфраструктуры в стоимости доставки природного газа. 75 % природного газа доставляется потребителям посредством магистральных трубопроводов, а остальные 25 % - с помощью ЬИС-танкеров. В этих условиях актуальным является изучение СЖ}-технологии как альтернативного способа морской транспортировки природного газа.

В диссертационной работе создана методика определения характеристик природного газа как продукта морской перевозки в сжатом виде в зависимости от его смесевого состава и термодинамических характеристик — это необходимо для обоснования требований как к транспортным СЫв-судам, так и к обеспечивающей такую транспортировку береговой инфраструктуре. Разработан методический аппарат обоснования состава, характеристик и энергопотребления обеспечивающей береговой инфраструктуры на терминалах для обслуживания ОГС-судов при погрузке и выгрузке газа и, главное, методика обоснования рациональных проектных характеристик СД\ГС-судов.

В ходе создания методического аппарата был решен ряд принципиальных задач и получены результаты, имеющие научную и практическую ценность:

1. Разработана расчетная методика определения термодинамических характеристик сжатого природного газа как объекта морской транспортировки в сжатом виде. Полученные на основе этой методики данные показали, что характеристики сжатого природного газа следует определять с учетом его задаваемых рабочих давлений и температурных режимов, а также его смесевого состава и фазового состояния.

2. На основе первого закона термодинамики разработана методика расчета процесса наполнения грузовых баллонов сжатым природным газом для любого диапазона давлений, размеров баллонов и диаметров труб, по которым газ подается в баллоны. Полученные результаты позволили установить взаимосвязь температуры поступающего газа при его подготовке к закачке в баллоны и изменение температуры газа в баллоне в процессе его наполнения, а также при опорожнении в порту назначения.

3. Проведен комплексный анализ состава технологического оборудования и обоснования характеристик систем подготовки, загрузки и разгрузки природного газа, обеспечивающих грузовые операции с ОГС-судами. Проанализированы массогабарит-ные и технические характеристики и потребляемая мощность технологического оборудования для выполнения погрузочно-разгрузочных операций с газом.

4. Произведены анализ и систематизация данных по типам, массогабаритным и конструктивным характеристикам грузовых емкостей (баллонов) для хранения и транспортировки природного газа в сжатом виде. Сформирована методика обоснования технических характеристик цилиндрических баллонов как емкостей для приема и хранения природного газа в сжатом виде. Разработаны технические требования к их изготовлению на базе существующего опыта и технологий отечественной газовой индустрии. При ана-

лизе выявлена предпочтительность объединения баллонов в кассеты как укрупненные грузовые единицы.

5. Разработала расчетная методика проектирования CNG-судов, позволяющая получить достоверные зависимости для определения в первом приближении для CNG-судов различной вместимости их основных элементов и характеристик: длины, ширины, высоты борта и составляющих нагрузки. При получении зависимостей был сделан вывод о том, что расчет главных размерений CNG-судов ведется в их тесной взаимосвязи с массогабаритными характеристиками грузовых емкостей и условиями обеспечения судну приемлемых посадки, остойчивости, качки и непотопляемости.

В составе методики:

- предложенные алгоритмы проектирования CNG-судна позволяют варьировать такие его технико-эксплуатационные характеристики, как грузовместимость, массогаба-ритные характеристики грузовых емкостей, условия транспортировки природного газа, скорость хода, условия эксплуатации и протяженность линии;

- обоснованы особенности архитектурно-конструктивного типа CNG-судна, его компоновки и формы судовой поверхности;

- с учетом особенностей транспортировки природного газа на CNG-судах обоснованы критерий ее эффективности и необходимое количество CNG-судов на линии - критерий себестоимости транспортировки 1000 м3 природного газа. Создана оптимизационная модель проектирования CNG-судна. На основе разработанных расчетных методик и алгоритмов создана прикладная компьютерная программа, реализованная на ЭВМ — Ship State, - с помощью которой были проведены расчеты возможных вариантов транспортировки сжатого природного газа, определен потенциальный состав флота для заданной линии, рассчитаны капитальные и эксплуатационные затраты. Получаемые с помощью Ship State данные позволяют определить рациональные области применения CNG-судов в зависимости от конкретных условий региона транспортировки и эксплуатации судов и сравнивать с другими видами транспорта природного газа — морским трубопроводом и LNG-танкерами.

Материалы, разработанные по теме диссертации, могут быть использованы для технико-экономического обоснования транспортировки природного газа в сжатом состоянии и обоснования количества CNG-судов на линии в заданном регионе. В расчетных алгоритмах применен математический аппарат, позволяющий исследователю при корректировке исходных данных выполнить аналогичное технико-экономическое обоснование транспортировки природного газа в сжатом состоянии в любых условиях, в том числе арктических.

6. Произведен комплексный анализ существующего нормативного обеспечения ведущих классификационных обществ по проектированию, постройке и безопасной эксплуатации CNG-судов, а также обязательных к исполнению действующих отечественных и международных нормативных требований газовой индустрии.

7. В Приложениях 1-9 приведены разработанные в диссертации и использованные в представленной здесь общей методике проектирования CNG-судов следующие расчетные методики:

- транспортная модель доставки природного газа с помощью CNG-судов (Приложение 2);

- экономика постройки и эксплуатации CNG-судна (Приложение 3);

- обеспечение осушки газа перед его загрузкой в баллоны на CNG-суда (Приложение 6);

- методика расчета энергетических затрат при операциях по погрузке/разгрузке природного газа в ходе его транспортировки CNG-судами (Приложение 7);

- методика выбора типа, состава и расчета мощности главных двигателей CNG-судна (Приложение 9).

8. В диссертации на основе созданных алгоритмов разработаны следующие прикладные компьютерные программы:

- программа CNG-infrastructure (позволяет производить расчеты энергетических затрат технологического оборудования, используемого при операциях с природным газом во время погрузочно-разгрузочных операций на терминале), созданная в Microsoft Office Excel;

- программа Gas Balloon (позволяет производить оценку таких характеристик грузовых емкостей CNG-судна, как толщина стенок и масса емкости порожнем, величина внутреннего объема и количество природного газа в емкости при атмосферном давлении). Программа написана на языке Pascal в системе программирования Delphi;

- компьютерная программа Ship State (позволяет для заданных исходных данных определять главные размерения, проводить расчеты нагрузки, оценку требуемой мощности СЭУ, определять характеристики остойчивости судна, строительной стоимости судна и эксплуатационных расходов; также позволяет выполнить оценку количества судов флота CNG-судов, береговой инфраструктуры). Программа написана на языке Pascal в системе программирования Delphi.

Основные публикации по теме диссертации:

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и гаданиях:

1. Власьев М.В- Алгоритм формирования транспортной модели морской доставки газа с использованием CNG-судов // Труды Крыловского государственного научного центра. СПб., 2014, Вып. 72 (356). С. 180-184. (автор 100 %)

2. Демешко Г.Ф. и др. Определение параметров процесса наполнения грузовых емкостей природным газом на CNG-судне / Г.Ф. Демешко, М.В. Власьев, В.А. Павловский, А.Л. Чистов // Труды Крыловского государственного научного центра. СПб., 2013. Вып. 69 (353). С. 35-47. (автор 30 %)

3. Демешко Г.Ф., Власьев М.В. Анализ CNG-технологии морской транспортировки природного газа // Труды Крыловского государственного научного центра. СПб., 2012. Вып. 66 (350). С. 44-50. (автор 50 %)

4. Павловский В.А., Алексеев Ю.В., Власьев М.В. Термодинамика газового потока при заполнении и опорожнении сосудов // Морской вестник (Труды СПбГМТУ (ЛКИ). СПб., 2012. Вып. 1 (124)). С. 17-18. (автор 30 %)

Публикации в других изданиях:

5. Власьев М.В. Морская перевозка природного газа Техника и технологии // Труды 1-й Межвузовской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Балтийский экватор». (Эколого-правовые, технические и гу-

манитарные аспекты безопасности морской деятельности в Балтийском регионе). СПб.: Тип. СПбГМТУ, 2010. - 560 с. (автор 100 %)

6. Апполонов Е.М., Демешко Г.Ф., Власьев М.В., Крестьянцев А.Б., Рюмин С.Н. Перспективы морской транспортировки природного газа в сжатом виде в арктических районах России // Труды 10-й Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO/CIS Offshore 2011). 13-16 сентября 2011 года. Санкт-Петербург. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2011. - 573 с. (автор 30 %)

7. Демешко Г.Ф., Рюмин С.Н., Власьев М.В., Крестьянцев А.Б. Проектные исследования по созданию судов для транспортировки природного газа в сжатом состоянии // Oil Market. 2011. № 4. (автор 30 %)

Издательство СПбГМТУ, Лоцманская, 10 Подписано в печать 07.04.2015. Зак. 4764 Тир.ЮО. 1,3 печ. л.