Свойства мембранных танков для транспортировки СПГ на судах

СПГ (сжиженный природный газ) стал доказанным и доступным решением для судоходной отрасли. Хотя традиционные нефтяные виды топлива по-прежнему остаются основным вариантом для большинства существующих судов, коммерческий потенциал СПГ привлекает внимание для новых проектов строительства судов и их модернизации.

СПГ представляет собой природный газ (например, метан) в жидкой форме, который считается самым чистым видом топлива. Он относительно доступен в большом количестве и сравнительно дешев. СПГ конденсируется при температуре -160 °C при атмосферном давлении.

Для транспортировки СПГ используют специальные танки. В отличие от природного газа в сжатой форме (CNG), СПГ занимает значительно меньше места, что делает его более выгодным для транспортировки. Например, плотность СПГ составляет около 450 кг/м³ при -160 °C, тогда как плотность CNG — около 194 кг/м³ при 30 °C и давлении 250 бар. Это означает, что для перевозки CNG необходимы более прочные и дорогие высоконапорные танки.

### Виды танков для транспортировки СПГ

Существует три основных типа систем хранения СПГ на судах:

1. **Мембранного типа**

2. **MOSS типа**

3. **Призматического типа**

Мембранные танки являются одним из самых распространенных типов. Два основных разработчика мембранных систем — это компании Gaztransport и Technigaz. Мембранные системы делятся на несколько типов:

1. **Mark-III**  

   Разработан компанией Technigaz. Включает:

   - Основную мембрану из нержавеющей стали (304L), толщиной 1,2 мм, с гофрированием.

   - Вторичную мембрану из материала "триплекс".

   - Изоляцию толщиной 160 мм из пенополиуретана, армированного стекловолокном.

2. **GT-96**  

   Разработан компанией Gaztransport. Включает:

   - Основную и вторичную мембраны из материала Invar толщиной 0,7 мм.

   - Изоляцию из фанерных ящиков, заполненных перлитом.

3. **CS-1**  

   Совмещает элементы Mark-III и GT-96. Основная мембрана выполнена из Invar, а вторичная — из триплекса.

### Выбор материалов

Мембраны для хранения СПГ изготавливаются из нержавеющей стали, а не из углеродистой. Это связано с тем, что материалы по-разному ведут себя при низких температурах. Одним из важных показателей является температура перехода из пластичного в хрупкое состояние (DBTT). 

При очень низких температурах материалы могут терять пластичность и становиться хрупкими. Важно, чтобы материал мембраны имел низкую температуру перехода, чтобы избежать катастрофических разрушений.

### Структура кристаллов

Механические свойства материалов зависят от их кристаллической структуры. Металлы с гранецентрированной кубической решеткой (например, аустенитная нержавеющая сталь или Invar) не подвержены хрупкому переходу, в то время как материалы с объемоцентрированной кубической решеткой (углеродистая сталь) имеют высокую DBTT.

### Теплопередача

Еще одним важным фактором при выборе материала для танков СПГ является его способность к теплопередаче. Чем толще изоляция, тем меньше тепла будет передаваться внутрь танка, что помогает минимизировать испарение СПГ (Boil Off Gas, BOG).

Иногда изоляция разрабатывается таким образом, чтобы разрешать некоторое количество испарения, которое затем используется как топливо для судна.

### Образование паров (Boil Off Gas)

СПГ очень летуч и легко испаряется. Два основных фактора, способствующих образованию паров:

1. Поступление тепла.

2. Эффект волнения жидкости в танке.

Управление пароиспарением важно как для безопасности, так и для снижения потерь груза.

### Конструкция танков для СПГ

Основные методы сварки, используемые при изготовлении танков для СПГ, — это TIG-сварка и плазменная сварка. Плазменная сварка имеет преимущество благодаря большей скорости сварки, что повышает производительность.

Тестирование сварных швов проводится с помощью визуального осмотра и капиллярного контроля (стандарт ASTM 165).

### Испытание герметичности танков

Для проверки герметичности мембранных танков используется гелиевый тест. Гелий вводится в слой изоляции, после чего проверяется утечка гелия через швы сварки.

Также проводится вакуумный тест для проверки вторичной барьерной системы герметичности. Разность давлений между основным и вторичным пространством позволяет выявить утечки.

### Заключение

Мембранные системы для хранения СПГ на судах выбираются в зависимости от типа груза, воздействия на структуру танка и экономических факторов.