Резолюция А.829(19)

 

Принята 23 ноября 1995 года

(Пункт 10 повестки дня)

 

РУКОВОДСТВО  ПО  ОЦЕНКЕ  СООТВЕТСТВИЯ  ГАЗООТВОДНЫХ  СИСТЕМ ЕМКОСТЕЙ  ТИПА  "С"

 

АССАМБЛЕЯ,

 

ССЫЛАЯСЬ на статью 15j Конвенции о Международной морской организации, касающуюся функций Ассамблеи в отношении правил и руководств, касающихся безопасности на море,

 

ССЫЛАЯСЬ ТАКЖЕ на резолюцию MSC.32(63) об одобрении поправок к Международному кодексу постройки и оборудования судов, перевозящих сжиженные газы наливом (Кодекс МКГ),

 

ССЫЛАЯСЬ ДАЛЕЕ на пункт 8.2.18 пересмотренного Кодекса МКГ, который предусматривает, что соответствие газоотводной системы, установленной на емкостях, должно быть доказано, используя руководство, разработанное Организацией,

 

РАССМОТРЕВ рекомендацию, сделанную Комитетом по безопасности на море на его шестьдесят пятой сессии,

 

1. ПРИНИМАЕТ Руководство по оценке соответствия газоотводных систем емкостей типа "С", изложенное в приложении к настоящей резолюции;

 

2. ПРЕДЛАГАЕТ правительствам применять Руководство при определении соответствия газоотводных систем, установленных на емкостях, согласно положениям Кодекса МКГ;

 

3. ПРОСИТ Комитет по безопасности на море держать настоящее Руководство в поле зрения и при необходимости вносить в него поправки.

 

Приложение

РУКОВОДСТВО  ПО  ОЦЕНКЕ  СООТВЕТСТВИЯ  ГАЗООТВОДНЫХ  СИСТЕМ  ЕМКОСТЕЙ  ТИПА  "С"

 

Содержание

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. ПРОЦЕДУРЫ

3. УРАВНЕНИЯ

4. ССЫЛКИ

 

Приложение 1 - Поправки к Международному кодексу постройки и оборудования судов, перевозящих сжиженные газы наливом (Кодекс МКГ) (резолюция MSC.32(63))

 

Приложение 2 - Примеры применения процедур

 

 

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1 Отливное отверстие у предохранительного клапана (ПК) должно оставаться в фазе паров при уровне жидкости, равном 98%, и при предусмотренных Кодексом крене и дифференте.

 

1.2 ПК, которые калиброваны с применением Кодексов КГ, должны иметь достаточную пропускную способность.

 

1.3 Для обеспечения условия по достаточной пропускной способности требуется выполнение 1.3.1, а для обеспечения условия по стравливанию давления требуется выполнение 1.3.2.

 

1.3.1 Понижение давления в газоотводном трубопроводе, идущем от грузовой емкости к впускному отверстию ПК(Δp_inlet), не должно превышать 3% значения максимально допустимого установочного давления предохранительных клапанов (MARVS) при пропускной способности ПК по Кодексу, полученной из уравнения (1) при 1,2 x MARVS на всех потоках паров.

 

1.3.2 Стравливание давления (ΔΡ_close) Должно быть не менее чем (ΔΡ_inlet) плюс 0,02 x MARVS при установленной номинальной пропускной способности паров, там где это требуется, для обеспечения устойчивой работы ПК. Данное вычисление должно выполняться при MARVS на всех потоках паров.

 

Управляемые клапаны могут выдерживать более высокие потери давления во впускном трубопроводе, когда управляющий клапан контролирует точку, на которую не влияет понижение давления во впускном трубопроводе.

 

1.4 Нарастание противодавления в газоотводном трубопроводе от выпускного отверстия ПК к месту выпуска в атмосферу, включая любые соединения газоотводного трубопровода, который соединен с другими емкостями, не должно превышать следующих значений:

 

.1 для неуравновешенных ПК: 10% MARVS.

Могут быть специально рассмотрены случаи, где противодавление превышает 10% MARVS при давлении в емкости, равном 1,2 x MARVS; и

.2 для уравновешенных ПК и управляемых ПК: как рекомендовано изготовителем; обычно для уравновешенных ПК - 30% MARVS и 50% MARVS - для управляемых ПК, когда принимаемое изоэнтальпическое расширение насыщенной жидкости через ПК с газоотводным трубопроводом, находящимся под воздействием пожара, равно 1,2 x MARVS. Тепловой поток, равный 108 кВт/м², принят для неизолированного газоотводного трубопровода.

 

1.5 Нарастание противодавления в газоотводном трубопроводе может быть оценено с помощью процедур, изложенных в разделе 2.

 

1.6 Если эти упрощенные процедуры не показывают соответствия требованиям, указанным в 1.3 и 1.4 выше, должна быть принята во внимание более точная процедура оценки газоотводных систем емкостей на двухфазовом потоке мгновенного испарения.

 

1.7 MARVS означает установку предохранительных клапанов на максимально допустимое давление грузовой емкости (избыточное давление).

 

2. ПРОЦЕДУРЫ

 

Для демонстрации соответствия газоотводной системы емкости для ограничения повышения давления в грузовой емкости до не более чем 1,2 x MARVS при всех состояниях, включая условия пожара, подразумеваемые в 8.5.2 Кодекса МКГ, имеются следующие процедуры.

 

2.1 Составляется упрощенная схема потока газоотводной системы грузовой емкости, указывающая патрубки и фактические диаметры и длины трубопровода (для примера см. приложение 2).

 

Система делится на секции между узлами в местах соединения участков трубопровода с разными диаметрами, а также в местах соединений с потоками, идущими от других предохранительных клапанов.

 

Перечисляются патрубки и коэффициенты ее динамических потерь. Рассчитываются внешние участки поверхностей секций трубопроводов между узлами.

 

2.2 Рассчитывается пропускная способность ПК в соответствии с Кодексом (Q_GCC) каждого ПК емкости в м/с по воздуху при стандартных условиях в соответствии с 8.5.2 Кодекса МКГ и отмечается номинальная интенсивная пропускная способность (Q_IR) каждого ПК в м/с по воздуху при стандартных условиях при 1,2 x MARVS. Вычисление следует выполнить для самого высокого газового показателя продуктов, включенных в грузовую ведомость. N-бутан часто имеет самое высокое значение газового показателя "G" в Кодексе и обычно определяет минимальную пропускную способность, требуемую Кодексом.

 

Для каждого ПК определяются массовые потоки, соответствующие состоянию груза при 1,2 x MARVS, в отношении пропускной способности ПК в соответствии с Кодексом и в отношении установленной номинальной пропускной способности как для всего потока паров, так и для двухфазового потока груза. Также рассчитывается массовый поток при MARVS для установленной номинальной пропускной способности на всем потоке паров.

 

Уравнение (1) может быть использовано для всего массового потока паров, а уравнения (2), (3) и (4) могут быть применены для двухфазового массового потока. Уравнение (2) может применяться для многокомпонентных смесей, диапазон точек кипения которых не превышает 100°К.

 

2.3 Оцениваются все значения понижения давления потока паров в трубопроводе, идущем от соединения грузовой емкости с фланцем впускного отверстия ПК, производя измерения от известного давления в емкости по направлению к ПК. Понижение давления рассчитывается путем использования разницы в давлениях торможения. По этой причине второе выражение уравнения (5) может быть использовано для секций трубопровода, имеющих постоянный диаметр. Для узких участков может быть использовано уравнение (5.1).

 

2.4 Контролируется, чтобы понижение давления во впускном отверстии каждого ПК отвечало 1.3.1 при пропускной способности ПК в соответствии с Кодексом для всего потока паров, с тем чтобы обеспечить надлежащую пропускную способность. Для расчетов следует использовать массовый поток паров продукта (W_g) из уравнения (1).

 

Для целей контроля должен быть повторен расчет, предусмотренный в 1.3.1, используя двухфазовый поток через ПК в соответствии с Кодексом (W', уравнение (4)) при 1,2 x MARVS и 1.3.2 - применяя установленный номинальный двухфазовый поток при MARVS. Оба расчета должны дать меньшее значение потери давления на входе по сравнению с потерей давления всех паров.

 

Для обеспечения устойчивой эксплуатации проверяется, чтобы стравливание давления ∆р_close отвечало 1.3.2.

 

2.5 Оценивается давление двухфазового потока на выпускном трубопроводе в месте выпуска в атмосферу. Уравнение (6) может быть использовано для проверки того, превышает ли выходное давление 1 бар (абсолютное давление), при двухфазовом массовом потоке через ПК (W', уравнение (4)), соответствующем Кодексу, для обеспечения надлежащей пропускной способности.

 

2.6 Оцениваются фракции пара и двухфазовая плотность в газоотводном трубопроводе на выпуске в атмосферу, допуская перенесение теплового потока огня, равного 108 кВт/м², через неизолированный газоотводный трубопровод. Могут быть использованы уравнения (7) и (8).

 

2.7 Оценивается нарастание противодавления на выпускном фланце ПК, начиная от известного выходного давления в газоотводном трубопроводе, рассчитывая понижение давления между узлами трубопровода и производя измерения от секции к секции по трубопроводу в направлении ПК.

 

Могут быть использованы уравнения (7), (8), (9) и (5) с повторением до тех пор, пока абсолютное давление в начале потока около соединительного узла, фракция пара и удельный объем не подтвердятся, принимая, что пар является насыщенным.

 

Около патрубка в месте расширения диаметра трубопровода, где скорость жидкости снижается, обычно происходит восстановление давления. Это восстановление давления переоценивается в случаях двухфазового потока, когда используются коэффициенты динамических потерь для однофазового потока. Для целей настоящего руководства статическое выходное давление у конического патрубка предполагается эквивалентным статическому давлению на входе.

 

2.8 Оценивается давление запирания (р_ес) на выходе каждой секции с массовым потоком (G_p) в этой секции на трубопроводе между ПК и газоотводным выпуском. Может быть использовано уравнение (6).

 

Сравнивается распределение давления вдоль газоотводной магистрали, рассчитанное согласно 2.5-2.7, с различными давлениями запирания для каждой секции, рассчитанными по уравнению (6).

 

Если давление запирания в любом месте превышает соответствующее давление, рассчитанное согласно 2.5-2.7, следует повторить расчет, как изложено в 2.5-2.7, начиная измерения от места нахождения точки запирания и соответствующего давления запирания, и двигаясь назад по длине трубопровода в направлении ПК.

 

Если давление запирания на более чем одном участке превышает соответствующее давление, рассчитанное согласно 2.5-2.7, начальной точкой для повторения расчета должно являться место нахождения точки запирания, дающее самое высокое нарастание противодавления.

 

2.9 Контролируется, чтобы нарастание противодавления на каждом выпускном отверстии ПК отвечало 1.4 при пропускной способности ПК для двухфазового массового потока (W', уравнение (4)), согласно Кодексу, для того чтобы обеспечить устойчивую работу клапанов, таким образом обеспечивая надлежащую пропускную способность.

 

2.10 Только для стандартных неуравновешенных клапанов:

 

.1 Если противодавление, рассчитанное согласно 2.5-2.8, находится в пределах 10%-20% MARVS, следует произвести дополнительную оценку, для того чтобы решить, приемлема ли система.

 

.2 Система должна отвечать следующему требованию: при одном закрытом клапане и всех остальных, работающих на выпуск с установленной номинальной пропускной способностью ПК, противодавление должно быть менее чем 10% MARVS.

 

3. УРАВНЕНИЯ

 

Следующие уравнения могут быть использованы для демонстрации соответствия газоотводной системы.

 

Уравнение (1) для всего диапазона массового потока паров из емкости через ПК:

 

 

 

где: 

 

F  - фактор воздействий пожара в соответствии с разделом 8.5 Кодекса МКГ;

А  - площадь наружной поверхности емкости типа "С"( м² );

h_fg - скрытая теплота парообразования груза при 1,2 x MARVS ( Дж/кг ).

 

 

Уравнение (2) для изоэнтальпического потока мгновенного испарения массы жидкости через выходное отверстие ПК:

 

 

 

где:

 

h_fg -  см. уравнение (1)

р_g - плотность паров при 1,2 x MARVS и соответствующая температура кипения (кг/м³)

Т₀ -  температура (К)* груза при 1,2 x MARVSC  -  удельная теплоемкость жидкости при 1,2 x MARVS и Т₀(Дж/кгК))

 

______

^{* º}С + 273 = К.

 

 

Примечание.

Это выражение действительно для многокомпонентных смесей, диапазон точек кипения которых не превышает 100°К.

 

Уравнение (3) для двухфазового массового потока через ПК устанавливается:

 

W = G_v x K_w x A_v   (кг/с),               (3)

 

где:

 

G_v - взято из уравнения (2) (кг/(м²•с))

К_w - коэффициент пропускной способности по воде

(≈ 0,8 x измеренный К_d по воздуху)

А_v - действительная площадь выходного отверстия ПК (м²)

 

Уравнение (4) для пропускной способности ПК в соответствии с Кодексом для двухфазового массового потока:

 

 

где:

 

Q_gcc  - пропускная способность ПК по воздуху в соответствии с Кодексом, при стандартных условиях, согласно 8.5.2 Кодекса МКГ (м³/с)

Q_IR  - установленная номинальная пропускная способность ПК по воздуху при Т = 273°К и р= 1,013 бара (м³/с)

 

 

Уравнение (5) для расчета разности статического давления в секции трубопровода постоянного диаметра, в котором массовый поток (G_р ) является постоянным:

 

Δр

= G

2

(νe - νi) + 1/2 x G

2

(

νe + νi

)(

4f

L

+

Σ

N

)

(Па)

(5)

р

р

2

D

 

(10⁵ Па = 1 бар = 14,5 фунт/дюйм²),

 

где:

 

 

массовый поток через секцию трубопровода

 

ν_t - двухфазовый удельный объем на выходе секции трубопровода (м³/кг)

ν_i - двухфазовый удельный объем на входе секции трубопровода (м³/кг

f  - коэффициент трения в газоотводном потоке f = 0,005 для  двухфазового полного турбулентного потока

L  - длина секции трубопровода (м)

D  - диаметр секции трубопровода (м)

ΣN - сумма коэффициентов динамических потерь для патрубков в равноценной секции трубопровода N= 4fL/D

 

(типовые значения N даны в приложении 2, таблица 2).

 

Уравнение (5.1) Разница в давлении за счет торможения в местах сужений определяется путем:

 

где:

 

N   -   коэффициенты динамических потерь из-за сужений

G_p,e -   массовый поток на выходе сужения (кг/(м²с))

ν_i  -   удельный объем на входе сужения (м³/кг)

 

Уравнение (6) для двухфазового критического давления запирания на выпуске газоотводной мачты или на выходе из любой секции газоотводного трубопровода:

 

 

где:

 

G_p - как определено в уравнении (5)

p₀ - давление паров груза в емкости на входе ПК (Па)

P_ec- плотность жидкого груза в танке на входе ПК при p₀ и Т₀ (кг/м³)

ω - коэффициент сжимающегося потока в емкости на входе ПК

 

 

где:

 

α₀ - коэффициент, принимаемый для впускного отверстия в пустой отсек, или коэффициент объема паров на входе в ПК

α₀ = 0, когда предполагается изоэнтальпическое расширение насыщенной жидкости через ПК при 1,2 x MARVS

 

c - см. уравнение (2)

Т₀ - см. уравнение (2)

 

(ν_g0 — ν_f0) - разность в газообразном и жидком удельных объемах при температуре Т₀ на входе ПК (м³/кг)

(h_g0 — h_f0) - разность в газообразной и жидкой энтальпиях при температуре Т₀ на входе ПК (Дж/кг)

 

Уравнение (7) для качественной характеристики или фракции массы паров на выходе секции трубопровода:

 

 

(например, X_e = 0,3 ≡ 30% качества ≡ 30% паров + 70% жидкости по массе),

 

где:

 

h_f0 - энтальпия жидкости в емкости на входе ПК (Дж/кг)

h_fe - энтальпия жидкости при противодавлении на выходе секции трубопровода (Дж/кг)

h_fg - скрытая теплота парообразования при противодавлении на выходе секции трубопровода (Дж/кг)

 q - тепловой поток от воздействия пожара на газоотводный трубопровод, равный 108 кВт/м²

 а - нагретая площадь внешней поверхности секции газоотводного трубопровода (м²)

 W - скорость массового потока в секции газоотводного трубопровода (кг/с)

 

 

Уравнения (8), (9) для двухфазовой плотности (ρ) и удельного объема (v):

 

ρ = ρ_g/x   (кг/м³),   (8)

где:

 

ρ_g - насыщенная плотность паров на входе или выходе секции трубопровода

х - паровая фракция на входе секции трубопровода или на выходе

 

 

ν = 1/ρ   (кг/м³),    (9)

 

 

 

4. ССЫЛКИ

 

1. Общие положения

 

1.1 Кодексы МКГ, КГ, п. 8.2.17 проекта текста поправок, ВСН 22/14, приложение 8

 

Кодекс для существующих судов, п. 8.2.15 проекта текста поправок, ВСН 22/14, приложение 8

 

1.2 ВСН 20/7, приложение 4, подтверждено ВСН 21/INF.3, приложение 2

 

1.3 Кодекс МКГ, п. 8.2.16 проекта поправки, ВСН 22/14, приложение 9; API RP 520 часть ІІ, третье  издание, ноябрь 1988 года, стр. 2, п. 2.2.2

 

1.4 Кодекс МКГ, п. 8.2.16 проекта поправки, ВСН 22/14, приложение 9; API RP 521, третье издание, ноябрь 1990 года, стр.45, п. 5.4.1.3.1 и API RP 520, часть I, пятое издание , июль 1990 года, стр. 7, п. 2.2.4.1 и стр. 30, п. 4.3.2.1, рис. 27

 

1.5 ВСН 20/7, приложение 5, как дано в разделе 3. Уравнения

 

2.4 Frank J. Heller: "Safety relief valve sizing: API versus CGA requirements plus a new concept for tank cars": API Proceedings 1983, Refining Department, Vol. 62, API, W.D.C, pp. 123-135

 

3. Уравнения

 

(1) "Some notes on the practical application of the IMCO Gas Carrier Code to pressure vessel type cargo tanks", M. Bockenhauer, GASTECH 1981, Hamburg 1981

 

(2) "Flashing flows or: Some practical guidelines for emergency releases", Fauske and Associates, Plant/Operations Progress, July 1985, private communication SIGTTO/Fauske and Associates, June 1, 1994

 

(5) "The discharge of two-phase flashing flow in a horizontal duct", Faske and Associates, Ache Journal, March 1987 on pages 524 (equation) and 526 (Fanning friction factor in two-phase