LNG - Charakterystyka
Założenia konstrukcji statku LNG
Głównym zadaniem konstruktorów jest pogodzenie ze sobą stateczności i niezatapialności jednostki ze zmaksymalizowanymi zdolnościami przewozowymi ładunku przy zachowaniu wystarczających parametrów manewrowych, dzielności statku w różnych warunkach pogodowych i lodzie oraz ekonomi napędu.
Przy konstruowaniu statku należy uwzględnić przepisy międzynarodowe wynikające z kodów bezpieczeństwa, przepisy towarzystwa klasyfikacyjnego, przepisy państwa bandery oraz szereg wymagań organizacji nadzorujących bezpieczne eksploatowanie jednostki.
Błędy popełnione na tym etapie często są już nieodwracalne i mają wpływ na bezpieczeństwo załogi, środowisko naturalne oraz sukces lub porażkę armatora.
Statek mały będzie miał możliwość wejścia do ciężko dostępnych portów, ale będzie mniej ekonomiczny i konkurencyjny od większej jednostki. Za to statek zbyt duży nie będzie mógł podejść do wszystkich terminali lub przejść przez kanały i cieśniny lub też będzie miał problemy ze znalezieniem załadowcy lub odbiorcy na tak duży objętościowo ładunek.
Statek bez systemów skraplania i z gorszą izolacją zbiorników będzie tańszy w budowie, ale będzie miał wyższy współczynnik parowania przez co będzie mniej ekonomiczny podczas postoju z ładunkiem lub przy podróżach z niższymi prędkościami.
Statek zbudowany z najlepszych dostępnych materiałów i posiadający najnowocześniejsze systemy kontroli i skraplania gazu oraz najekonomiczniejszy napęd może z kolei okazać się za drogi aby się zwrócić w zakładanym czasie.
W początkowej fazie historii LNG, statki były budowane na określone trasy. Były współfinansowane przez porty dostawcze i odbiorcze i z założenia miały służyć do końca swoich dni na jednej linii. Obecnie coraz więcej jednostek jest budowanych bez wcześniej podpisanego kontraktu na wynajem i są wynajmowane albo na krótki czas albo na jedną podróż.
Odpowiednie dobranie założeń konstrukcyjnych jest więc kluczowe w znalezieniu zatrudnienia i ekonomicznym sukcesie przedsięwzięcia.
Ogólna budowa statku LNG
Budowa statku LNG nie odbiega specjalnie od innych konstrukcji służących do przewozu towarów.
Składa się ze szkieletu, poszycia, przestrzeni balastowych, ładowni, nadbudówki i maszynowni. Te ostatnie umieszczone są klasycznie w części rufowej. Dopiero system ładunkowy wyróżnia je spośród innych typów statków. Dlatego jest on opisany oddzielnie.
Zbiorniki są wysokie aby pomieścić jak największą ilość lekkiego ładunku. Część ładunkowa zajmuje przestrzeń od nadbudówki do dziobu. Przed nadbudówką znajduje się kompresorownia mieszcząca sprężarki wraz z dodatkowymi urządzeniami pomocniczymi w kontroli ładunku i wymaganych procesów. Na śródokręciu jest manifold służący do połączenia się z terminalem. Przy nim umieszczone są dźwigi pomagające w podłączaniu ciężkich elementów.
Zastosowanie podwójnego dna i burt jest wymogiem chroniącym środowisko przed wyciekiem w przypadku rozszczelnienia poszycia. Poprawia też niezatapialność awaryjną jednostki.
Dzięki dużym przestrzeniom balastowym zachowanie dobrej stateczności oraz momentów gnących i sił tnących nie stanowi problemu, nawet gdy załadowane są nie wszystkie zbiorniki.
Problemem są za to duże swobodne powierzchnie cieczy, gdyż zbiorniki LNG nie mają grodzi wewnętrznych ograniczających wzdłużne i poprzeczne przemieszczanie się ciekłego gazu. Poza wpływem na przesunięcie środka ciężkości jest to też groźne dla samej konstrukcji delikatnego zbiornika. Dlatego zbiorniki mogą być załadowane tylko w pewnych granicach.
Stateczność i limity statku LNG
Stateczność obliczana jest przez autoryzowany program komputerowy, którego działanie jest weryfikowane zarówno przez starszego oficera jak i przez towarzystwo klasyfikacyjne podczas przeglądów okresowych.
System ten połączony jest z sensorami zbiorników ładunkowych, balastowych, paliwowych, wody słodkiej i jest w stanie wyświetlać wartości w czasie rzeczywistym. Istnieje również możliwość wprowadzenia danych ręcznie czy to w przypadku nieprawidłowego działania któregoś z czujników czy to w przypadku pracy statku na fali i dużych wahań poziomów jak również w celu planowania kolejnych operacji.
Przed rozpoczęciem podróży dane statecznościowe wysyłane są do biura armatora i klasy w celu usprawnienia ewentualnej pomocy statkowi w warunkach awaryjnych. Wówczas załoga statku może się skupić na bieżących działaniach.
Dodatkową zaletą systemów komputerowych jest to, że poza kryteriami stateczności początkowej (intact stability) obliczają również momenty gnące (bending moments) i siły tnące (shear forces), kryteria pogodowe (weather criteria) oraz stateczność awaryjną (damage stability).
Przy planowaniu podróży należy pamiętać szeregu ograniczeń do których mogą należeć:
- Spełnione kryteria stateczności początkowej i awaryjnej.
- Spełnione kryteria wytrzymałości konstrukcji.
- Maksymalne zanurzenie wynikające z certyfikatu wolnej burty i stref pływania.
- Minimalne zanurzenie na dziobie , które ma za zadanie ograniczenie wynurzania się dziobu na fali i uderzanie dnem statku o wodę (slamming).
- Minimalne zanurzenie na rufie w celu zapewnienia pełnego zanurzenia śruby i ograniczenia niepożądanych efektów podczas jej wychodzenia nad powierzchnię wody.
- Dozwolone granice zapełnienia zbiorników ładunkowych w celu ich ochrony przed wzdłużnym i poprzecznym przemieszczaniem się mas ciekłego gazu (sloshing motions). Z reguły zabronione jest załadowanie pomiędzy 10% a 70%.
- Dozwolone limity maksymalnego zapełnienia zbiorników chroniące przed przepełnieniem oraz dające miejsce na ekspansję termiczną ładunku. Z reguły 98.5%.
- Zabronione kombinacje wypełnienia zbiorników ładunkowych i balastowych.
- Limity ciśnienia w zbiornikach i barierach chroniące je przed uszkodzeniem (groźne jest zarówno podciśnienie jak i zbyt duże ciśnienie).
- Limity temperatur dla zbiorników, barier i koferdamów.
Zdolności manewrowe statku LNG
Każdy z typów budowanych jednostek ma inną charakterystykę i po zaokrętowaniu należy zapoznać się z książką manewrową oraz wywieszoną na mostku tablicą z podstawowymi danymi.
Statki są wyposażane w różne metody i typy napędu. Mogą mieć jedną lub dwie śruby. Podobnie jest z maszynką sterową i sterem. Nie ma jednego standardu i spotyka się wiele rozwiązań.
Jako ogólną zasadę można przyjąć, że statki LNG są znacznych rozmiarów, z dużą częścią nadwodną i dużymi bocznymi powierzchniami nawiewu. Jednak i od tego coraz więcej jest wyjątków, gdyż budowane są i małe jednostki służące do bunkrowania innych statków lub obsługujące krótkie trasy.
Tu zajmiemy się opisem tych większych, około 300 metrowych.
Stosunek długości do szerokości około 11 stawia je wśród statków stabilnych kursowo. Nie myszkują i raczej ostrzą do wiatru. Nie są jednak nadmiernie trudne w manewrowaniu.
Reagują na ster z pewnym opóźnieniem, ale szybciej niż tankowce o podobnych rozmiarach. Jeśli prędkość kątowa wzrośnie, trudno je zatrzymać, więc trzeba uważać z wydawanymi komendami.
Większość statków LNG ma dziobowy ster strumieniowy, który znacznie ułatwia manewry cumowania.
Niektóre posiadają dwie śruby i dwa stery, co jeszcze bardziej zwiększa możliwości wykonywania manewrów.
Są też wykorzystywane stery o zwiększonym kącie wychylenia.
Podczas podchodzenia do nabrzeża używa się około czterech silnych holowników. Manewry są dobrze opracowane teoretycznie przed wybudowaniem terminalu. Nabrzeża są utrzymywane w dobrym stanie a silne kompensatory uderzenia minimalizują możliwości uszkodzenia kadłuba. Do tego nabrzeża posiadają systemy monitorowania prędkości podejścia a później i obciążenia lin cumowniczych.
Ładunki LNG nie są ciężkie gdyż gęstość ładunku około 0.45 jest ponad dwukrotnie mniejsza od gęstości wody słodkiej. Pomimo dużych rozmiarów i objętości przewożonego ładunku, statki mają zanurzenie około 12 metrów, nie stawia więc to ich wśród statków mocno ograniczonych.
Podczas przejść oceanicznych są jednymi z szybszych jednostek, osiągając około 20 węzłów. Najlepsze wartości osiągane są z lekkim trymem na dziób.
Są podatne na falowanie boczne. Są za to dzielne podczas gorszej pogody.
Podczas sztormów należy uważać na uszkodzenia zbiorników, pamiętając o siłach wywieranych zarówno przez morze jak i przez płynny ładunek.
Na statkach LNG stosuje się czasem systemy wspierania kapitana w podejmowaniu decyzji o rozpoczęciu sztormowania, czyli systemy monitorowania dynamicznych naprężeń kadłuba.
Ograniczona jest za to widoczność. Mostek jest usytuowany nisko, statki są długie. Do tego dochodzą zarówno zbiorniki jak i maszty wentylacyjne, maszt dziobowy oraz kompresorownia. Dla przykładowego statku o długości 290 metrów sektor zasłonięty przed dziobem wynosi około 350 metrów.
Przy pełnej prędkości morskiej po daniu maszyny na stop statek zatrzyma się po około 4 milach morskich, a po manewrze awaryjnym na całą wstecz po około 2 milach.
Średnica zawracania to około 0.5 mili.