The article deals with the problem of losses of liquefied natural gas (LNG) from evaporation during its storage and transportation. The magnitude of these losses is one of the key factors negatively affecting the safety and economic efficiency of LNG transportation. LNG is stored under low overpressure in a saturated state in large-capacity tanks with multilayer thermal insulation. Due to the input of heat from the environment through the thermal insulation, liquefied natural gas is continuously evaporated. Since natural gas is a multicomponent mixture, LNG vapors are enriched with its low-boiling components, so the supply of heat from the environment not only reduces the amount of liquid in the reservoir, but also leads to a change in its composition. Similar phenomena occur during LNG transportation. Information is provided on the causes of the formation of LNG vapors (boil-off gas) and methods for its disposal at different stages of the LNG supply chain to consumers.
Common practice methods of tank design for transportation of liquefied natural gas don't take into account the specifics of the gas carriers operation under the condition of partial filling of cryogenic tanks. A new method for designing of type-C tank is proposed. Method is based on solving the problem of increasing the volume of transported liquefied natural gas by small-scale inland carriers. The method is based on usage of a number of limiting parameters: minimal allowable ventless operation time, allowable values of the ship's draft, and the actual duration of voyages between neighboring consumers. The method allows optimizing type, shape, wall thickness, and heat insulation thickness of cryogenic tank. The proposed method is aimed at enlargement of usage of the ship's hull dimensions. This is achieved by changing the diameter, the distance between centers of the bi-lobe tank, the thickness of the insulation, and the maximum allowable working pressure. An increase in the volume of the tank is achieved by coordination such parameters as the maximum allowable draft of the vessel, the minimum time of ventless storage, and the time of ventless operation under partial filling conditions. The calculation of the ventless operation time is determined by the operating conditions of type-C tanks. The calculation of the heat ingress into the tank takes into account the contact area of liquefied gas and its vapors with the metal wall of the tank. The calculations do not take into account the assumption of thermal equilibrium between the liquid and vapor fractions, which leads to the need to take into account heat transfer from vapor to liquid. The implementation of the method is shown on the example of the modeling of the two-way river-sea type vessel. It is shown that optimization of tank parameters in accordance with proposed criteria can lead to an increase in the volume of transported natural gas by more than 4 %. The method can be used in the development of new and modernization of existing vessel projects to transportation of liquefied natural gas operating in water basins of Lena and Yenisei rivers in the East Siberian region. The described method can also be used in the design of road and rail tanks as well as smallscale bullet tanks for liquefied natural gas.
Резюме. Цель. Для нужд автономной газификации необходимо создавать речные суда для перевозки сжиженного природного газа (СПГ) и отрабатывать технологию транспортирования. В качестве наиболее рациональной системы хранения груза выбраны танки типа «С», которые могут эксплуатироваться в бездренажном режиме. Метод. Существующая методика определения уровня первоначального заполнения танка не учитывает время хранения СПГ, что приводит к вынужденному сбросу образовавшихся паров СПГ при достижении максимально допустимого избыточного давления в танке. При модернизации танкера в средство транспортирования СПГ авторами предлагается установка на него двух танков типа «С». Диаметр полусферических крышек 9 м, длина цилиндрической части танка 20 м. Максимально допустимое избыточное давление внутри танка принято равным 0,65 МПа. Толщина тепловой изоляции определена из габаритных размеров трюма с учетом условия обеспечения расстояния между боковой стенкой корпуса и наружным изоляционным слоем не менее 760 мм. Максимально возможная толщина слоя теплового ограждения составила 1,1 м. Результат. В статье предложена методика определения оптимального уровня заполнения танка для достижения бездренажного режима работы. Предложенная методика может позволить добиться максимальной экономической эффективности транспортирования СПГ за счет исключения потерь сбрасываемого СПГ для длительных переходов судна и транспортирования дополнительного объема СПГ для коротких переходов. Вывод. При увеличении давления паров СПГ внутри танка растет температура насыщения жидкой фракции и снижается ее плотность. Из-за этого доля объема занятого жидкостью постоянно возрастает, уменьшая паровое пространство емкости. Увеличение массы паров СПГ в сочетании с уменьшением объема паровой зоны повышают темп роста давления. При оптимизации начального уровня заполнения танка определено количество СПГ, которое будет вынуждено сброшено в виде пара на длинных перегонах. Оптимизация режима эксплуатации танков типа «С» возможна для случаев с любой толщиной изоляционного слоя. При выполнении подобных расчетов можно составлять таблицы оптимального заполнения для перегонов любой дальности. Ключевые слова: танки типа «С», автономная газификация, бездренажное хранение, газозаполненная изоляция, отпарной газ, BOR
The study presents the analysis of the changes in the fuel autonomy and the effective range performed by the vessels which underwent modernization in order to use LNG as the main fuel. In this article various variants of modernization were considered. It is suggested that the project core geometry of the self-propelled tankers and tugboats should not be altered. The change in the parameters of the fuel autonomy after placing the cryogenic fuel tanks of different constructions was estimated. The various operating modes of cargo tanks of different constructions were observed. Besides that, there are two possible operating modes, particularly the drainage mode and the drain-free mode. It is proved that the tug boats’ fuel autonomy is reduced 2 times. The usage of the boil-off-gas in the self-propelled LNG carrier’s engine compensates for the decrease in the fuel autonomy. Thus, it depends on the distance between the final consumer of LNG and the loading satellite terminal of the cryogenic product whether to opt for using self-propelled or tug and barge transport.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.