Ukrcaj i Iskrcaj Tekućih Tereta Krešmir Longin 4bN

POMORSKA ŠKOLA ZADAR

NAZIV TEME ZAVRŠNOG RADA

UKRCAJ I ISKRCAJ TEKUĆIH TERETA

STRUČNO PODRUČJE-PREDMET

RUKOVANJE TERETOM

Školska godina 2016/2017.

Mentor: Tomislav Klarin, prof.

Učenik: Krešimir Longin IV.BN

Zadar, svibanj 2017.

Datum prihvaćanja:

Ocjena pisanog rada:

Potpis mentora:

Sadržaj UVOD...................................................................................................................... 1 1.

TANKERI ZA PRIJEVOZ NAFTE............................................................................ 2 1.1.

2.

TANKERI ZA PRIJEVOZ UKAPLJENOG PLINA........................................................5 2.1.

3.

Sustav cjevovoda i sisaljki................................................................................. 3 Ukrcaj i iskrcaj ukapljenog plina.........................................................................5

2.1.1.

Ukrcaj i hlađenje tereta.................................................................................. 5

2.1.2.

Pothlađivanje tijekom plovidbe........................................................................6

2.1.3.

Iskrcaj tereta............................................................................................... 6

TANKERI ZA PRIJEVOZ KEMIKALIJA...................................................................8 3.1. Sustav za rukovanje teretom................................................................................... 8

4.

IZVEDBE PUMPI ZA UKRCAJ / ISKRCAJ TEKUĆEG TERETA..................................10 4.1. 4.1.1.

Centrifugalne pumpe...................................................................................... 10 Konstrukcijski dijelovi centrifugalnih pumpi.....................................................11

4.2.

Vijčane pumpe............................................................................................. 12

4.3.

Pumpne stanice............................................................................................. 12

6. ZAKLJUČAK....................................................................................................... 15 LITERATURA

UVOD U ovom završnom radu će biti obrađena tema ukrcaja i iskrcaja tekućih tereta na brodovima. Tekući teret je najrašireniji danas zbog velike potrebe i potražnje na tržištu kao i zbog velike potrošnje. Kod tekućih tereta imamo nekoliko vrsta stoga će sve one biti opisane u tekstu. Prvi i najrašireniji teret je nafta, bilo sirova ili rafinirana, zatim slijede kemikalije i ukapljeni plin. Tekući teret je krenuo s razvojem kemijske industrije nakon II. svjetskog rata i do danas je u razvoju i širenju. Kako je tekući teret ujedno i najopasniji tu se primjenjuju stroža pravila i zakoni, pogotovo što se tiče onečišćenja mora. Na kraju bi trebalo biti jasno na koji način funkcionira ukrcaj i iskrcaj tekućih tereta te namjena svih postrojenja u tom procesu.  

1

1. TANKERI ZA PRIJEVOZ NAFTE Danas su tankeri po nosivosti jedna od najvećih vrsta brodova koji plove svjetskim morima. Najveći tanker danas ima više od 500 000 dwt a u planu je bila izgradnja i tankera od 1 000 000 dwt. Izgradnja ovako velikih tankera uvjetovana je i desetogodišnjim ratom Egipta i Izraela te zatvaranja za promet Sueskog kanala pa se time nastojalo dužim putem prevesti veća količina tereta. Prvi tekući teret prevezen je u drvenim bačvama brodom-jedrenjakom “Elisabeth Watts” 1861.godine. Sve veća potražnja za naftom i naftnim prerađevinama zahtijevala je brza rješenja u pogledu izgradnje suvremenijih brodova. Danas se tekući teret prevozi u tankovima za teret tako da je unutrašnjost broda pregrađena uzdužno obično dvjema pregradama a poprečno s više njih ovisno o broju tankova. Prostor tankova odijeljen je na pramcu dvjema nepropusnim pregradama a isto tako i na krmi. Radi se o dvostrukim pregradama (koferdam) kako bi ako dođe do curenja i stvaranja opasnih plinova isti u međupregradnom prostoru mogli biti uklonjeni ventilacijom. Punjenje i pražnjenje tankova odnosno ukrcaj i iskrcaj tereta obavlja se pumpama smještenim u zasebnom prostoru (izvan prostora stroja). Taj je prostor na brodu najrizičniji za izbijanje požara, zbog prolaska velikog broja cijevi, ventila i pumpi pa može doći do nekontroliranog curenja tereta, stvaranja zapaljivih para i eksplozivnih plinova. Današnji tankeri u konstruktivnom smislu moraju zadovoljiti posebne propise klasifikacijskih zavoda kao npr. dvostruko dno (dvodno) po cijeloj dužini broda i ugradnja dvostrukog trupa ili oplate broda. Brodovi tankeri grade se po uzdužnom sustavu gradnje zbog jakih uzdužnih naprezanja kojima je ovakav brod podložan. Sustav za manipulaciju teretom čine pumpe, cjevovod s ventilima, tankovi za teret. Ukrcajem odnosno iskrcajem tereta upravlja se iz pumpne stanice pumpama i ventilima. Tankovi su opremljeni uređajima za održavanje tereta, uređajima za mjerenje količine tereta, uređajima za inertiranje (smanjenje % kisika i opasnost od eksplozije) te uređajima za pranje tankova (COW). Npr. ako teret zbog sklonosti skrućivanju treba grijati onda su to grijači u obliku zavojitih cijevi (serpentina). Potrebno je razlikovati brodove tankere za prijevoz isključivo sirove nafte i tankere za prijevoz naftnih derivata. 2

Brodovi tankeri za prijevoz naftnih derivata redovito su manje tonaže, ali s većim brojem tankova za prijevoz više vrsta naftnih derivata tj produkata pa se nazivaju i produkt tankeri. Sirova nafta dovozi se velikim tankerima u rafinerije gdje se prerađuje, a produkt tankeri onda prevoze naftne derivate iz rafinerija na razna odredišta. Veliki tzv.mamut tankeri radi ograničenog gaza i veće sigurnosti sidre ili se vezuju za plutače na otvorenom moru odakle se cjevovodom povezuje sa skladištem tereta. Terminal i brod dužni su poduzeti sve sigurnosne mjere zaštite od požara ili zagađenja. Pušenje na palubi strogo je zabranjeno a u tu svrhu postoje posebne prostorije. Sustav za gašenje požara bazira se na pjeni (paluba). Pri krcanju ili iskrcavanju tekućeg goriva treba paziti da se tankovi jednakomjerno i jednoliko pune odnosno prazne da se ne bi poremetila stabilnost odnosno opteretila brodska konstrukcija. Brod tanker (vidi sliku 1.) od 500 000 dwt ima dužinu preko svega oko 350 m gazi oko 30 m i postiže brzinu od oko 15 čv.

Slika 1. Tanker za prijevoz sirove nafte na vezu 1.1. Sustav cjevovoda i sisaljki Cjevovodi na tankerima služe za ukrcaj i iskrcaj tereta, prekrcaj tereta iz jednog tanka u drugi te za ukrcaj ili iskrcaj balasta. Promjer cijevi ovisi o gustoći tereta. 3

Pomoću cjevovoda i odgovarajućih ventila na palubi u pumpnoj stanici možemo spojiti svaku cijev i tank s pumpom određenog prostora tereta. Na pregradama koje odvajaju tankove ugrađeni su daljinski upravljani hidraulički ventili pomoću kojih se regulira protok tereta u određene tankove. Potreban broj sisaljki ovisi o vrstama tereta koje se prevozi. Za jednu vrstu tereta dovoljne su dvije sisaljke, a za dvije vrste tereta tri jer uvijek jedna mora biti u pričuvi. Cjevovodi za manipulaciju tereta spojeni su na glavne sisaljke tereta koje služe i za posušivanje tankova tereta. Posušivanje tankova može se vršiti i tzv.ejektorima. Prema novim propisima dosušivanje tankova vrši se dodatnim stapnim sisaljkama i dodatnim cjevovodom manjeg kapaciteta (25% glavnog cjevovoda). Kapacitet centrifugalne sisaljke kod manjeg tankera je do 2000 t/h te do 7000 t/h kod VLCC I ULCC-a. Stapne sisaljke vrlo su osjetljive na nečistoću, zauzimaju velik prostor, složene su izrade i podložne češćim kvarovima. Ukupni kapacitet teretnih sisaljki na brodu iznosi oko 5% korisne nosivosti na sat, što omogućava manipulaciju tereta za samo dvadesetak sati. Cijevi za iskrcaj ili ukrcaj spojene su na obalni cjevovod s pomoću tzv. Pregibljivih cijevi koje su obično od gume ili voštanog platna, pojačane metalnim spiralama. Cijev ima na kraju prsten na koji je pričvršćena prirubnica. Brod s engleskim standardom prirubnice može imati teškoća u nekim zemljama, zbog toga brod mora imati u pričuvi nekoliko raznih prirubnica.

Slika 2. – Shema cjevovoda 4

2. TANKERI ZA PRIJEVOZ UKAPLJENOG PLINA Ukapljeni plin zauzima 600 puta manji volumen od plinovita. Plinovi butan i propan dobivaju se destilacijom sirove nafte ili iz zemnog plina a kad se ukaplje nazivaju se LPG plinovima (liquefied petroleum gases) Da bi propan prešao u tekuće stanje zahtijeva hlađenje na –42.6°C pri atmosferskom tlaku. Npr pri tlaku od 5-9 bara dovoljno je hlađenje na –10 do –5 °C da bi prešao u tekuće stanje. Dakle transport propana je moguć uz malo hlađenja ili bez njega ovisno o tlaku. LPG plinovi (butan propan) najveću primjenu imaju u domaćinstvima. Za transport LPG brodovima butan i propan se ukapljuju tlačenjem od 38-45 bara pri normalnim temperaturama. Brodovi su opremljeni cilindričnim uspravnim tankovima od legiranih čelika kako bi mogli podnijeti tlak ukapljenja. Tankovi su promjera oko 4 m visine 8 m od toga 3 m iznad palube. Na vrhu tanka nalaze se sigurnosni ventili i priključci za manipulaciju tereta plina. Kad se butan dostavlja potrošačima on se prevozi u manjim čeličnim bocama a zabranjen je prijevoz putničkim brodovima te se isključivo slaže na palubi. Plin je teži od zraka pa se u zatvorenoj prostoriji taloži na dno a ta da je dovoljna jedna iskra da dođe do eksplozije. Zemni ili prirodni plin sastavljen je 90% od plina metana. Metan (CH4) se iz prirodnih nalazišta plinovodom transportira do postrojenja gdje se mora obaviti njegovo ukapljenje za prijevoz brodovima. Radi ukapljenja metan bi se morao najprije stlačiti na 50 bara a zatim ohladiti na tzv kritičnu temperaturu od –82,5°C.(Iznad ove temperature nije moguće ukapljivanje ni pod najvećim tlakom). Pomorski prijevoz ovako ukapljenog metana zahtijevao bi posebnu konstrukciju tankova koji bi morali istovremeno zadovoljiti uvjete visokog tlaka i toplinske izolacije. Zato se metan hladi na –161°C jer na toj temperaturi on ostaje kapljevit uz izjednačavanje apsolutnog i atmosferskog tlaka potreba zadovoljiti samo uvjet toplinske izolacije.Ukapljeni metan prevozi se LNG brodovima (liquified natural gas) u dobro izoliranim tankovima pri temperaturi od –161°C i pri normalnom atmosferskom tlaku. 2.1. Ukrcaj i iskrcaj ukapljenog plina

2.1.1. Ukrcaj i hlađenje tereta Ukrcaj započinje postepenim pothlađivanjem tankova kako bi se što više smanjila termička naprezanja materijala od kojeg su tankovi izgrađeni. Tekući teret dovodi se na sapnice na vrhu 5

tanka gdje se raspršuje u finu maglu ravnomjerno pothlađujući stijenke tanka. Nakon što se temperatura stijenke snizi do potrebne vrijednosti postepeno se otvara ventil na glavnom cjevovodu za punjenje a zatvara ventil za sapnice usmjerujući tako protok tekućine u dno tanka. Istovremeno kompresori sišu pare tereta iz tankova ukapljuju ih u kondenzatoru i vraćaju u tank. Ako se ukrcava u tankove pod tlakom krca se cjevovodom koji je spojen na dno i na vrh tanka, pa ako pritisak u tanku raste treba prigušiti liniju na dnu tanka i uputiti veću količinu tekućine na mlaznice na vrhu tanka čime se smanjuje tlak u tanku.

2.1.2. Pothlađivanje tijekom plovidbe Ukapljeni plinovi u tankovima isparavaju pa da bi se tlakovi i temperature održavali , brodsko postrojenje mora raditi i tijekom plovidbe. Kompresori sišu pare iz tankova zatim se griju pa tlače i ukapljuju u kondenzatoru. Tekući se plin vraća u tank preko sapnica na vrhu tanka. Ispareni plin može se koristiti i kao pogonsko gorivo ako je brod pogonjen plinskom turbinom.

2.1.3. Iskrcaj tereta Svi brodovi iskrcavaju teret pomoću centrifugalnih pumpi koje moraju imati početnu količinu tekućine na usisu kad pumpaju ukapljeni plin. Da bi se dobila potrebna količina tekućine na usisu pumpe mora postojati nadtlak. Nadtlak se postiže protokom morske vode kroz isparivač ili u kombinaciji kompresora i isparivača. Nakon što je prvi tank prazan nadtlak u ostalim tankovima može se postići tako da kompresor siše pare iz praznog tanka i tlači u tankove iz kojih se pumpa. Iskrcavanje pomoću para na brodu vrši se tlačenjem tankova parama tereta koje se dobivaju isparavanjem tereta u isparivaču. Kompresor siše ovako dobivene pare i pod tlakom ih vraća u tank mimoilazeći kondenzator a tekućina iz tanka dolazi na usis pumpe kojom se prekrcava na obalu. Početna količina tekućine koja dolazi na usis pumpe zove se netto pozitivna količina usisa.

6

Slika 3. – Brod za prijevoz ukapljenog plina pri operaciji ukrcaja

7

3. TANKERI ZA PRIJEVOZ KEMIKALIJA Ovisno o vrsti i svojstvima kemikalija, brodovi se dijele na tri tipa : Tip 1 • maksimalne preventivne mjere u slučaju sudara i nasukanja • udaljenost od tereta do oplate na vodenoj liniji mora biti najmanje B/5 (B-širina broda) • tankovi ne smiju nigdje biti bliži oplati od 760 mm • maksimalna veličina tanka može biti 1250 m3 Tip 2 • stroge preventivne mjere • manji od 150 m - po cijeloj dužini dvostruka oplata osim kod područja stroja Tip 3 • srednje mjere predostrožnosti • veći od 225 metara, po cijeloj dužini dvostruka oplata • građeni s većim brojem pregrada • Maksimalni kapacitet tankova 3000 m3

3.1. Sustav za rukovanje teretom Svaki tank tereta na chemical tankeru opremljen je jednom centrifugalnom pumpom uronjenog tipa i zasebnim cjevovodom. U slučaju da dođe do kvara pumpe upotrebljava se prijenosna portabl hidraulična pumpa. Kapacitet pumpi:za tankove volumena 500-700 m3 vrijeme pražnjenja je oko 5 sati, za tankove oko 2000 m3 je do 10 sati. Teret iz broda na obalu teče kroz cijevi ili “ukrcajnu ruku”(loading arm).Ukrcajnu ruku čini unutarnja ruka spojena na brod i vanjska ruka spojena na terminal. Radni kut između ruku je 15-150°, zakretni kut je 45° na svaku stranu.

8

Cjevovodi moraju biti izgrađeni od nerđajućih čelika te da izdrže 5 puta veći tlak od radnog te mora biti podvrgnut testiranju svake dvije godine. Na cijevima mora biti naznačen max radni pritisak.

Slika 4. – Paluba chemical tankera

9

4. IZVEDBE PUMPI ZA UKRCAJ / ISKRCAJ TEKUĆEG TERETA

Pumpe tekućeg tereta su većinom centrifugalne pumpe, jer udovoljavaju mnogim zahtjevima. Pumpe tereta mogu biti još i vijčane ili stapne, ali samo za manje dobavne količine i za tekućine velike viskoznosti. Centrifugalne pumpe mogu biti pogonjene parnim turbinama, dizelskim motorima, elektromotorima ili hidromotorima. Na tankerima se sustavi ukrcaja i iskrcaja tekućeg tereta izvode u dvije izvedbe, i to : 

sustav ukrcaja i iskrcaja tekućeg tereta pomoću pumpne stanice,



sustav ukrcaja i iskrcaja tekućeg tereta pomoću uronjenih pumpi.

4.1. Centrifugalne pumpe Pumpe kroz koje tekućina protječe od smjera crpljenja prema tlačnoj strani djelovanjem centrifugalne sile, s radijalnim tijekom strujanja, koja potiskuje tekućinu između lopatica jednog ili više rotora. Prikladne su za svaku namjenu osim za male količine i male brzine, te za tekućine koje imaju veliku viskoznost. Ove pumpe nisu samousisne tj. nisu u mogućnosti iscrpsti zrak iz usisnog cjevovoda. Centrifugalna pumpa se sastoji od spiralnog kućišta i rotora pričvršćenog na vratilu koji se vrti velikom brzinom - kada se rotor vrti potiskuje tekućinu koja se nalazi između lopatica, djelovanjem centrifugalne sile tekućina povećava brzinu koja se dobrim dijelom pretvara u tlak. U usporedbi s pumpama istih podataka, ove su relativno jeftinije, nemaju ventila, a izrada i održavanje je jeftinije. Zbog kapaciteta i specifične energije imaju veliku zastupljenost, te su u velikoj mjeri istisnule stapne/klipne pumpe.

10

Slike 5. I 6. – Centrifugalne pumpe

4.1.1. Konstrukcijski dijelovi centrifugalnih pumpi

Svaka centrifugalna pumpa ima sljedeće osnovne dijelove: • kućište (stator) u kojemu je smješteno radno kolo s lopaticama (rotor) • vratilo radnog kola spojeno s pogonskim strojem • ležaj vratila s tlačnom brtvenicom, koja sprječava da tekućina izlazi iz kućišta pumpe • brtveni prstenovi između radnog kola i kućišta koji sprječavaju da tekućina prostrujava s tlačne na usisnu stranu radnog kola Prema broju stupnjeva postoje jednostupanjske i višestupanjske centrifugalne pumpe. Princip rada centrifugalne pumpe osigurava kontinuiran protok tekućine kroz kućište, s konstantnim tlakom i zapremninom, sve dotle dok brzina i otpori ostaju u dopuštenim granicama. Za normalan rad pumpe potrebno je da tlak tekućine ispred rotora bude nešto viši od parcijalnog tlaka isparavanja tekućine, tj. da postoji zaliha tlaka zbog opasnosti od pojave kavitacije. Prema smjeru u kojemu tekućina prostrujava kroz stupnjeve višestupanjske pumpe, razlikuju se jednosmjerne, protusmjerne i poprečne centrifugalne pumpe.

11

4.2. Vijčane pumpe Postoje izvedbe s 2, 3, 4 ili 5 vretena. Promjena volumena radnog prostora ostvaruje se ulaskom početka navoja jednog vratila u prostor između navoja drugog vratila. Karakteristike ovih pumpi su: tihi rad, ravnomjeran protok i tlak, ravnomjeran pogonski moment i širok raspon protoka. Gubici zbog zračnosti relativno su veliki, pa se pumpa u pravilo koristi za niže tlakove. Grade se za male i veoma velike protoke.

Slika 7. – Vijčana pumpa

4.3. Pumpne stanice Pogonski strojevi za pogon pumpi smješteni su u strojarnici, a pumpe se pogone kratkim vratilom koje prolazi kroz nepropusnu pregradu između strojarnice i prostora u kojemu su smještene pumpe tekućeg tereta. Vratilo na prolazu kroz nepropusnu pregradu ima posebnu plino-nepropusnu brtvenicu. Prostor pumpi smatra se opasnim zbog mogućnosti požara i eksplozije od plinova i para koji se u tom prostoru mogu stvarati propuštanjem cjevovoda, spojeva i sl. Kapacitet pumpi određuje se prema ukupnoj količini tekućeg tereta kojeg brod može prevoziti, vremenom predviđenom za iskrcaj, te broju ugrađenih pumpi, što ovisi o broju različitih vrsta tereta.

12

Najdulje vrijeme iskrcaja uzima se 24 sata za velike tankere, a za manje se može uzeti od 12 do 14 sati. Primjera radi, međunarodna naftna kompanija Shell zahtijeva da tankeri moraju svojim pumpama i cjevovodima na palubnim ograncima kontinuirano održavati tlak od 10 bar, uz odobrenu gustoću i temperaturu tekućeg tereta.

Slika 8. – Smještaj sustava ukrcaja i iskrcaja tekućeg tereta pomoću pumpne stanice Sustav se izvodi na brodovima > 55.000 dwt prilikom transporta jedne vrste tereta,a sustav je jednostavan i efikasan. Sustav može osigurati veliki kapacitet iskrcavanja pumpe (od 600 m3/h - 6000 m3/h. Investicijsko ulaganje u sustav je značajno niže od sustava sa uronjenim pumpama tereta u svakom tanku . Nedostatak sustava je značajan broj armature (ventila) usisnog cjevovoda uronjene u teretu, usisni cjevovod je vođen kroz teretne tankove. Pumpna stanica je prostor opasne zone (engl. Hazardous area), a smještena je između pramčane pregrade strojarnice i krmene pregrade teretnih tankova.

13

Ovakav prostor zahtjeva izrazitu zaštitu u električnim i mehaničkim komponentama, kako tijekom rada pumpi tereta ne bi došlo do iskrenja, a što bi moglo prouzročiti njenu eksploziju. ► Značajan problem za sustav ukrcaja i iskrcaja tekućeg tereta pomoću pumpne stanice jest ostatak tereta u tankovima. Pri radu pumpi velikog kapaciteta i velikih promjera iskrcajnih cjevovoda, kod niske razine tekućeg tereta u tankovima dolazi do uvlačenja okolnih plinova i pojave kavitacije. Ako usisani plinovi stignu do rotora pumpe, ona se može oštetiti zbog naglog porasta brzine vrtnje rotora pumpe. Ova se pojava može spriječiti na jedan od dva sljedeća načina: 

Pri niskoj razini tekućeg tereta, uključuje se vakuum pumpa samocrpnog uređaja koja iz usisnog cjevovoda siše plinove i pare tekućeg tereta te održava potreban podtlak u usisnom cjevovodu. Pritom se automatski zatvara ventil na tlačnoj cijevi, smanjuje brzina vrtnje pumpe, a na usisni cjevovod unutar tanka se priključuje usisna cijev manjeg promjera;



U pumpnoj stanici se ugrađuje jedna posebna pumpa (poželjno je da bude stapna) s izričitom namjenom za pumpanje ostatka tekućeg tereta iz tankova.

14

6. ZAKLJUČAK Za kraj bi trebalo reći koliko je bitno poznavati načine rukovanja teretom za sve vrste tekućih tereta, a najviše za one opasne terete. Koliku važnost se pridodaje tome da se dobro poznaje svaki cjevovod da ne dođe do miješanja opasnih tereta, a tada i do eksplozija. Na svakom brodu treba poznavati cjevovode i znati s kojom vrstom pumpe se upravlja, te i prednosti i nedostatke određenih ako postoji više vrsti na brodu. U današnje vrijeme kada je novac sve vidi se veliki napredak u brzini ukrcaja i iskrcaja te tehnologijama, gdje danas vidimo brod od 400 000 dwt iskrcan u jednom danu. U svoj toj brzini treba biti i oprezan jer brodari zahtijevaju što brže raditi, a onda može doći do više nezgoda. Po slikama se vidi koliko je tekući teret kompliciran, jer u samo tri vrste se toliko toga mijenja, pogotovo težina održavanja ukapljenog plina hladnog i ukapljenog čini ga najkompliciranijim od sve tri skupine i kod njega treba najviše paziti.

15

LITERATURA Bekun, M., Priručnik o tankerima, Zadar, 1961., Jugoslavenska tankerska plovidba Komadina, P., Tankeri, Rijeka, 1994., Pomorski fakultet Rijeka Renato Dudić, Skripta i materijali za predmet – krcanje tereta, URL: http://www.ssaharacica-malilosinj.com.hr/?page_id=989, Datum pristupa stranici: 30.5.2017. Tanker , URL: https://hr.wikipedia.org/wiki/Tanker , Datum pristupa stranici : 30.5.2017.

Sanjin Sušanj, Pumpe za iskrcaj tereta na brodovima za prijevoz kemikalija – Seminarski rad