Оценка потерь бункерного СПГ от испарения

Анализ эффективности транспортных систем, использующих сжиженный природный газ (СПГ) в качестве топлива, невозможен без комплексного понимания объёмов потерь топливного СПГ от испарения в ходе основных технологических операций: перевозки (хранения), бункеровки и захолаживания топливных ёмкостей. Несмотря на активное развитие водного и наземного газомоторного транспорта, практические подходы для получения соответствующих оценок в широком диапазоне характеристик грузовых ёмкостей ранее не публиковались.

Целью настоящей работы является анализ потерь СПГ в автомобильных, железнодорожных и судовых цистернах (вместимостью до 5600 м3), а также в танк-контейнерах при условии хранения СПГ с избыточным давлением около 5–7 атмосфер.

В работе в качестве метода использовано численное моделирование. Процесс испарения СПГ описывается с помощью моделей теплообмена между жидкой фазой СПГ, его парами, а также грузовым танком и внешней средой. Это позволяет моделировать поведение и фазовые превращения СПГ при его хранении в ёмкости, а также в ходе основных технологических операций.

Численное моделирование термодинамических процессов при хранении СПГ производится с помощью компьютерной имитационной модели, реализованной в среде AnyLogic. Количественные оценки потерь СПГ при бункеровке и захолаживании топливных танков получены на основе аналитических расчётов.

Анализ чувствительности созданных моделей к различным параметрам, а также массовые численные расчёты позволили построить регрессионные зависимости для определения потерь СПГ в ходе рассматриваемых операций. Полученные зависимости могут быть использованы для поиска наиболее эффективных конфигураций системы малотоннажной перевозки СПГ, а также для выполнения экономических оценок целесообразности использования СПГ в качестве топлива на водном и наземном транспорте.

1. Adom, E., Islam, S.Z., Ji, X. Modelling of Boil-Off Gas in LNG Tanks: A Case Study. International Journal of Engineering and Technology, 2010, Vol. 2 (4), pp. 292–296. DOI: https://doi.org/10.5593/sgem2017H/15/S06.051.

2. Wlodek, T. Prediction of boil off rate in liquefied natural gas storage processes. 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2017, pp. 27–29. DOI: https://doi.org/10.5593/sgem2017H/15.

3. Dobrota, D., Lalic, B., Komar, I. Problem of Boil-off in LNG supply chain. Transactions on Maritime Sciences, 2013, Vol. 2, pp. 91–100. DOI: https://doi.org/10.7225/toms.v02.n02.001.

4. Głomski, P., Michalski, R. Problems with Determination of Evaporation Rate and Properties of Boil-off Gas on Board LNG Carriers. Journal of Polish CIMAC, 2011, Vol. 6 (1), pp. 133–140. [Электронный ресурс]: http://www.polishcimeeac.pl/Papers1/2011/014.pdf. Доступ 16.01.2020.

5. Kim, K., Park, K., Roh, G., Chun, K. Case Study on Boil-Off Gas (BOG) Minimization for LNG Bunkering Vessel Using Energy Storage System (ESS). Journal of Marine Science and Engineering, 2019, Vol. 7 (5), 18 p. DOI: https://doi.org/10.3390/jmse7050130.

6. Павловский В. А., Реуцкий А. С. Теплофизические основы морской транспортировки и бункеровки сжиженного природного газа. – СПб.: Крыловский государственный научный центр, 2019. – 170 с.

7. Топаж А. Г., Павловский В. А., Скуднев С. А. Динамическая модель транспортировки сжиженного при- родного газа в судовых танках // Сб. трудов VII всероссийской научно-практической конференции «Имитационное моделирование. Теория и практика». Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН. – 2015. – С. 275–279.

8. Development and operation of liquefied natural gas bunkering facilities. DNV GL Recommended practice (DNVGL-RP‑0006:2014-01). [Электронный ресурс]: https://rules.dnvgl.com/docs/pdf/DNVGL/RP/2014-01/DNVGL-RP‑0006.pdf. Доступ 16.01.2020.

9. Май Р. И., Таровик О. В., Топаж А. Г. Моделирование морской погоды как входного сигнала имитационных моделей транспортных и экологических систем в арктическом регионе // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. – 2018. – Т. 29. – № 3. – С. 20–38.

10. Новости погоды. [Электронный ресурс]: www.meteonovosti.ru. Доступ 16.01.2020.

11. Топаж А. Г., Реуцкий А. С., Таровик О. В. Программа для термодинамического моделирования испарения газа в топливных танках судов и танк-контейнерах // Св-во программы ЭВМ RU № 2018664683. Дата регистрации 20.11.2018.