of 142
OPERAREA NAVELOR SPECIALIZATE TANCURI SUPORT CURS
1
1. NATURA I PROPRIETILE PETROLULUI 1.1. Generaliti
Hidrocarburile sunt compui ai hidrogenului i carbonului, care la temperaturi i presiuni normale, pot fi : gazoase, lichide sau solide, n funcie de complexitatea lor molecular. Amestecurile de asemenea hidrocarburi i ali compui organici, care se gsesc n pmnt sub form de zcmnt, poart numele de iei. Depozitele petroliere naturale sunt gazoase, lichide sau solide, n funcie de proporia relativ a hidrocarburilor aflate n amestec. n sensul cel mai larg, noiunea de petrol cuprinde totalitatea hidrocarburilor care se gsesc n pmnt. n sensul restrns, comercial, noiunea de petrol este redus la : depozitele lichide cunoscute sub denumirea de iei, depozitele gazoase denumite gaze naturale i depozitele solide cum sunt bitumurile i asfalii. Majoritatea ieiurilor conin substane gazoase i solide n soluie. Gazele sunt ndeprtate din soluie fie n timpul extraciei, fie n timpul primei etape de rafinare, contribuind la producia total de gaze naturale. O parte din solide este ndeprtat n timpul rafinrii ieiului, sub form de bitum i parafin, iar o parte rmne n soluia produselor lichide . n starea sa natural, petrolul este un lichid de culoare cafeniu verzui spre negru, a crui densitate la 150C este de 0,80 0,95 (densitatea API la 600C este de 45,4 47,4). Petrolul este format dintr-un amestec de hidrocarburi cu greuti i structuri moleculare diferite, care sunt clasificate n trei grupe principale. La analiz, se constat c, un iei tipic conine aproximativ 85% carbon i 13% hidrogen, diferena pn la 100% fiind format din oxigen, sulf i nitrogen, care pot combina cu hidrogenul i carbonul, i dintr-o mic cantitate de diverse metale cum ar fi vanadiul i nichelul. Din punct de vedere practic este preferabil s privim ieiul ca pe un compus din mai multe fraciuni ale cror puncte de fierbere au o cretere gradat i continu dect s-l privim ca pe un amestec de compui chimici individuali. 1.2. Tipuri de iei Aspectul coloristic al ieiului n general, variaz foarte mult de la un cmp petrolier la altul, de la culoarea negru glbui a lichidelor mobile, la culoarea neagr a ieiurilor vscoase sau semisolide. Toate ieiurile conin hidrocarburi, dar acestea se difereniaz ntre ele, funcie de masa molecular, tipul i dimensiunile hidrocarburilor. Unele ieiuri au un coninut mai ridicat de constitueni parafinici, altele au un coninut mai ridicat de constitueni naftenici.
2
Natura ieiului se extinde i asupra produselor fabricate. ieiurile naftenice sunt predispuse la formarea asfalilor, n timp ce ieiurile parafinice produc parafin. n funcie de natura hidrocarburilor pe care le conin, ieiurile sunt mprite n trei mari categorii: a) ieiurile cu baz parafinic: Au un coninut ridicat de parafin, care este solid la temperatura mediului; foarte puine materii bituminoase dau o bun producie de parafin i uleiuri de ungere de calitate superioar. b) ieiurile cu baz asfaltic: Au un coninut redus de parafin, dar posed cantiti mari de materii asfaltice. Din ele se obin uleiuri de ungere cu o vscozitate foarte sensibil la temperatur, dar, care prin metode speciale de rafinare, pot echivala cu cele parafinice. c) ieiuri cu baza mixt: ieiurile din aceast categorie conin, n proporie substanial, att materii parafinice ct i asfaltice, mpreun cu anumite cantiti de hidrocarburi aromatice. 1.3. Proprietile chimice ale petrolului Proprietile chimice ale ieiurilor variaz n raport cu compoziia lor chimic : a) Hidrocarburile n majoritatea ieiurilor au fost identificate urmtoarele clase de hidrocarburi : Hidrocarburi parafinice CnH2n+2 Hidrocarburi naftenice Hidrocarburi aromatice CnH2n CnH2n-6
Coninutul de hidrocarburi parafinice, naftenice i aromatice difer de la un zcmnt la altul . Aceste hidrocarburi formeaz compuii principali care determin caracterul petrolului i principalele lui proprieti . b) Compuii cu oxigen Au fost identificai urmtorii compui cu oxigen : Acizii naftenici: se gsesc n proporie mic, sunt derivai ai hidrocarburilor naftenice , imprim ieiului un caracter acid ; Acizii grai : datorit coninutului foarte mic acetia nu influeneaz caracterul ieiului ; Fenolii : se gsesc n iei n cantiti foarte mici i nu au o influen asupra proprietilor acestuia .
3
c) Compuii cu sulf n iei se gsesc combinaii ale sulfului cu hidrocarburile . Compuii cu sulf din iei imprim proprieti nedorite produselor : miros neplcut i o aciune coroziv asupra pereilor tancurilor . d) Compuii policiclici cu oxigen, sulf i azot Aceti compui sunt substane complexe solide sau semisolide, avnd greuti moleculare foarte mari i temperaturi de fierbere foarte ridicate . e) Substane minerale Substanele minerale coninute n iei sunt : Impuritile mecanice ; Compui organici ai diferitelor metale . Proprietile fizice ale petrolului
1.4.
Proprietile fizice ale petrolului variaz n raport cu compoziia lui chimic . Determinarea proprietilor fizico-chimice ale produselor petroliere se execut prin analiza n laborator a probelor luate din acestea i prin folosirea unor relaii empirice sau nomograme, stabilite pe baza unor date experimentale care, in foarte multe cazuri difer de la un produs la altul . n urma analizelor de laborator se determin urmtoarele : a) Densitatea Reprezint masa unitii de volum determinat in vid i este dat de relaia :m . v
Valoarea densitii variz foarte mult cu temperatura, motiv pentru care determinarea acesteia se face la temperaturi diferite . Notarea densitii se face :15
,
15, 6
,
20
, etc.
Densitatea furnizeaz urmtoarele informaii asupra calitii petrolului : puterea caloric, proprietile de ardere, curgerea prin tubulaturi, etc . n practic sunt folosite urmtoarele noiuni ale densitii : 1.Greutatea specific
Reprezint raportul dintre greutatea G i volumul V al unui produs aflat n anumite condiii de temperatur i presiune . Determinarea se face cu relaia :G V m* g ;g V 9,81m / s 2
Din relaie se observ c greutatea specific este dependent de acceleraia gravitaional, care variaz funcie de poziia pe glob . 4
2. Densitatea relativ d Reprezint raportul dintre densitatea produsului i densitatea unui produs de referin -etalon aflat ntr-o anumit stare de presiune i temperatur . Ca produs etalon s-a luat apa distilat n vid fr urme de gaz la presiunea de 1,0132 barri (760mmHg) i temperatura de 40C, pentru Romnia i 150C sau 15,60C (600F) pentru alte ri . Notarea densitii relative se face d420, iar transformarea densitii d420 n d 15,,6 i 15 6 invers se face cu relaia d420 = d 15,,6 -f ; f este un factor de corecie a crui valoare este dat n 15 6 tablele ASTM-IP. 3. Densitatea n grade API Este o exprimare convenional, care se calculeaz cu relaia : API =147 ,5 131,5 15 6 d15,,6
n sistemil internaional de msur (S.I.) , densitatea se exprim n kg/m3 ; n practic se mai utilizeaz exprimarea n g/cm3. Greutatea specific se exprim n N/m3, iar n practic n kgf/dm3 . Densitatea relativ, fiind un raport a dou densiti, este adimensional ; la temperatura de 40C i presiunea de 1,0132 barri, densitatea apei este egal cu unitatea, deci densitatea relativ este numeric egal cu densitatea . Pentru determinarea densitii se folosesc areometrele si termometrele . b) Vscozitatea Este proprietatea fluidelor de a opune rezisten la curgere , ca rezultat al interaciunii mecanice dintre particulele constituente. Vscozitatea poate fi : 1. Vscozitatea dinamic Reprezint raportul dintre tensiunea tangenial i gradientul de vitez in acelai punct. n sistemul CGS se msoar n poise (P), iar n S.I. unitatea de msur este N*s/m2 ; P=0,1N*s/m2. 2. Vscozitatea cinematic Reprezint raportul dintre vscozitatea dinamic a unui produs i densitatea sa, ambele determinate la aceeai temperatur i presiune. n sistemul CGS unitatea de msur este STOKES-ul (St) iar n S.I. m2 /s; 1cSt=0,1m2/s. n practic vscozitatea produselor petroliere lichide se exprim n uniti convenionale cum sunt gradul Engler, secunda Rewood, secunda Saybolt, etc.
5
Vscozitatea produselor petroliere lichide variaz puin cu presiunea pn la 100 barri variaia este neglijabil i mult cu temperatura; cu ct temperatura crete vscozitatea este mai mic. c) Culoarea Reprezint unul din criteriile de apreciere comercial a produselor petroliere. Culoarea produselor petroliere este determinat cu aparatura standard de laborator. d) Coninutul de ap Produsele petroliere conin ap n cantiti variabile, fie dizolvat, fie n suspensie sau sub form de emulsii mai mult sau mai puin stabile. Determinarea cantitii de ap se execut n laborator prin metode fizico-chimice, care pot fi calitative sau cantitative. e) Coninutul de impuriti mecanice Impuritile mecanice existente n produsele petroliere, de regul, se gsesc n cantiti mici i provin din materialele folosite n procesele de fabricaie, insufficient filtrate, din adausurile unor compui cu coninut ridicat de impuriti aditivi- , din impuritile existente n tancurile de depozitare rugin, nisip, etc. fie din praful atmosferic. Determinarea coninutului de impuriti mecanice se realizeaz simultan cu determinarea coninutului de ap, prin metoda centrifugrii. f) Greutatea petroleum n aer i n vid Pn la Conferina de la Bruxelles din 1949, densitatea standard a aerului avea valori diferite, dup cum urmeaz : n S.U.A., aerul standard pentru convertirea maselor n vid avea greutatea specific de 0,001217 g/cm3 la t=600F, p=760 mm Hg i o umiditate relativ de 50%; n Marea Britanie, greutatea specific era egal cu 0,00122 g/cm3 la o umiditate relativ de 66%. n rile care folosesc sistemul metric, cantitile n vrac de produse petroliere sunt greuti n vid iar cntririle comerciale directe se fac n aer. Pentru evitarea naconcordanelor i uurarea calcului , la Conferina din 1949 s-a stabilit ca greutatea produselor petroliere n vrac s fie calculat ca greutate n aer, stabilindu-se o densitate standard a aerului de 0,00122 g/cm3 la temperatura de 150C. Greutatea n aer reprezint valoarea oricrei greuti cntrite n aer cu etaloane de densitate fr s se in cont de plutirea n mediul gazos. g) Puncte de temperatur Ca pucte de temperatur definitorii pentru petrol sunt considerate valorile exprimate n grade de temperatur pentru punctul de aprindere, punctul de ardere i punctul de congelare. 6
1. Punctul de aprindere Reprezint temperatura la care trebuie nclzit petrolul pentru a degaja suficieni vapori, care, mpreun cu aerul de la suprafaa sa s formeze un amestec inflamabil. Determinarea valori punctului de aprindere se face n condiii de laborator, n fucie de tipul produsului, prin metoda cupei deschise sau a cupei nchise. 2. Punctul de ardere Reprezint temperatura la care un amestec inflamabil, odat aprins continu s ard. La punctul de ardere, amestecul inflamabil se afl la o temperatur situat cu aproximativ 3 0C (5,40F) deasupra punctului de aprindere. 3. Punctul de congelare Reprezint temperatura la care un produs petrolier nceteaz s mai curg. D indicaii asupra comportrii ieiului n timpul transportului i al depozitrii. Temperatura de congelare este determinat de compoziia amestecului de hidrocarburi : Tieiuri parafinoase ieiuri parafinoase 160C. 240C 70C460C
ieiuri neparafinoase 230C.700C Evaporarea petrolului i presiunea de vapori
1.5.
Vaporii eliberai de materialele combustibile sunt aceia care ard ; cnd emisia de vapori nceteaz, arderea nceteaz. Pericolele asociate cu petrolul depind n mod direct de capacitatea de a emana vapori prin evaporarea petrolului. Un lichid este considerat volatil atunci cnd se evaporeaz uor, la temperaturi i presiuni normale ; lichidele care nu au asemenea caliti sunt considerate a fi nevolatile . Cu ct de la suprafaa unui material sunt eliberai mai muli vapori , cu att acest material vaporizeaz mai mult. Vaporizarea crete odat cu creterea temperaturii materialului. Atunci cnd un lichid este nclzit, o parte din cldur este folosit pentru a-i crete temperatura, iar o alt parte este folosit pentru vaporizarea sa. Moleculele unui lichid se afl ntr-o micare continu, la o vitez care variaz direct cu temperatura lichidului. Dac temperatura acestuia este suficient de ridicat, moleculele sparg n mod continuu suprafaa lichidului i se difuzez n spaiul situat deasupra acestuia, sub form de vapori. Acest fenomen se numete evaporare. Cnd petrolul se afl ntr-un container nchis, numrul moleculelor aflate n spaiul de deasupra lichidului va atinge, eventual, valoarea maxim, la temperatura dat. 7
Presiunea exercitat asupra pereilor containerului, crete odat cu creterea emisiei i reprezint suma presiuni aerului i a moleculelor de vapori. Presiunea exercitat de vapori se numete presiunea de vapori a lichdului la temperatura respectiv. O viitoare evaporare a lichidului este posibil numai prin reducerea presiunii n spaiul de vapori operaiune realizat prin eliberarea vaporilor sau prin creterea temperaturii. 1.5.1 Presiunea vaporilor saturai Un petrol, volatil, aflat intr-un container nchis, va produce vapori la temperatura mediului, pn cnd spaiul situat deasupra suprafeei sale va deveni saturat cu vapori. Moleculele de vapori din acest spaiu se afl n continu micare i o mare parte din acestea se rentorc n masa lichidului. Aceasta este condensarea, iar atunci cnd devine egal cu evaporarea, concentraia de vapori din container va fi la valoarea sa maxim. n aceast situaie, nu nseamn c spaiul situat deasupra petrolului conine 100% vapori, dar acest spaiu nu poate s nmagazineze mai muli vapori la acea temperatur. Dac, dup ce spaiul devine saturat cu vapori, temperatura petrolului este mrit, viteza moleculelor devine mai mare i n acest fel suprafaa petrolului va fi spart mult mai uor ; evaporarea depete condensarea pn se obin din nou condiiile de echilibru. Un petrol nevolatil evaporeaz foarte lent, astfel c acestuia i trebuie numai o cantitate mic de vapori deasupra sa pentru ca evaporarea s fie egal cu condensarea. n acest fel, spaiul de ulaj este saturat cu o concentraie redus de vapori. Petrolurile volatile, aflate n compartimente de mici dimensiuni evaporeaz rapid iar saturaia apare rapid. n compartimente mari cum sunt cargotancurile, n special n spaii mari de ulaj, saturaia apare dup un interval de timp ndelungat, de ordinul orelor. Aceast ntrziere se explic prin faptul c vaporii de petrol sunt mai grei dect aerul i au tendina de a strastifica, n mod orizontal, la suprafaa petrolului. n imediata vecintate a petrolului se ntlnete un strat de vapori saturai, n timp ce, naintnd pe vertical in spaiul de ulaj, straturile devin din ce n ce mai difuze. Vaporii de petrol situai la nivelul suprafeei lichidului exercit asupra acestuia o presiune care variaz direct proporional cu concentraia lor. Aceast presiune se numete presiunea de vapori i are valoare maxim cnd spaiul este saturat cu vapori. Presiunea maxim de vapori, la temperatura dat se numete presiunea vaporilor saturai saturated vapour pressure SVP - . Un lichid fierbe cnd SVP-ul su devine egal cu presiunea atmosferic.
8
1.5.2. Presiunea real de vapori T.V.P. ieiul este un amestec constituit dintr-o gam larg de compui de hidrocarburi. Punctele de fierbere ale acestor compui variaz de la 1200C pn +4000C, iar caracteristicile de volatilitate depind de cantitatea constituenilor cu punct de fierbere sczut, care sunt mai volatili . Tendina ieiului de a produce gaze este caracterizat de presiunea de vapori. Presiunea de vapori a unui compus pur depinde numai de temperatura sa, n timp ce presiunea de vapori a unui amestec depinde att de temperarur ct i de volumul spaiului n care are loc vaporizarea. Presiunea real de vapori reprezint valoarea de echilibru a presiunii de vapori dintrun amestec, atunci cnd raportul gaz/lichid este practic zero ; aceasta este cea mai ridicat presiune de vapori ce poate fi atins, la o temperatur specificat . Atunci cnd presiunea real de vapori depete valoarea presiunii atmosferice, lichidul ncepe s fiarb. Presiunea real de vapori a unui amestec petrolier indic capacitatea de evaporare a petrolului.
1.6.
Inflamabilitatea petrolului
n procesul arderii, gazele de hidrocarburi reacioneaz cu oxigenul din aer i se genereaz dioxid de carbon i ap. Aceast reacie produce suficient cldur pentru a forma o flacr vizibil care se deplaseaz prin amestecul de vapori de petrol i aer. Cnd gazul situat deasupra unui lichid petrolier este aprins, cldura produs este suficient pentru a evapora suficient gaz proaspt care s menin flacra i s aib loc arderea lichidului. n fapt, acesta este gazul care arde i care este continuu generat din lichid pn la epuizarea complet a acestuia. Un amestec format din gaze de hidrocarburi i aer, nu poate fi aprins i ars, dac, n compoziia acestuia, gazul se afl sub limita unei anumite concentraii numit zon de inflamabilitate. Limita inferioar a zonei de inflamabilitate, cunoscut sub denumirea de limit inflamabil inferioar - lower flammable limit LFL reprezint acea concentraie de gaze de hidrocarburi, sub care se afl insuficient gaz de hidrocarburi pentru a susine i propaga arderea. Limita superioar a zonei de inflamabilitate poart denumirea de limit superioar de inflamabilitate- upper flammable limit UFL i reprezint acea concentraie de gaze de hidrocarburi, peste care se afl o cantitate insuficient de aer pentru a susine i propaga arderea . Limitele de inflamabilitate variaz difereniat, atunci cnd este vorba de gazele pure de hidrocarburi i de amestecurile de gaze derivate din diverse sorturi de petrol lichid .
9
n practic, limita inferioar i cea superioar a mrfii transportate n cargotancuri, n general, poate fi considerat a fi cuprins ntre 1-10% din volumul respectiv. mprirea petrolului lichid n diverse clase de inflamabilitate se bazeaz pe valoarea punctului de inflamabilitate a presiunii de vapori. Principiul care st la baza clasificrii const n aprecierea dac la temperatura mediului ambiant, n spaiul de deasupra lichidului se formeaz sau nu un amestec inflamabil gaz-aer echilibrat. n scopuri practice, lichidele petroliere au fost grupate n dou categorii : Petrolul volatil : are punctul de aprindere, determinat dup metoda de testare a cupei nchise, situat la valori mai mici de 600C (1400F).Unele lichide petroliere clasificate n aceast categorie sunt capabile s produc un amestec gaz-aer echilibrat n cadrul zonei inflamabile atunci cnd se afl la temperatura normal a mediului ambiant, n timp ce, cea mai mare parte a lichidelor produc un amestec gaz-aer echilibrat deasupra limitei superioare de inflamabilitate, la temperatura normal a mediului ambiant. Benzina i majoritatea ieiurilor se ncadreaz n cea de-a doua categorie. n practic, benzina i ieiul sunt manipulate nainte ca condiiile de echilibru s fie atinse, fapt ce face ca amestecul gaz-aer s se afle n condiiile zonei de inflamabilitate. Petrolul nevolatil : are punctul de aprindere situat n jurul valorii de 60 0C (1400F) sau peste aceast valoare, aa cum a fost determinat prin metoda de testare a cupei nchise. Petrolurile lichide clasificate n aceast grup produc, cnd se afl la temperatura normal a mediului ambiant, concentraii echilibrate de gaz, sub limita inferioar de inflamabilitate.
1.7.
Toxicitatea petrolului
Pericolul toxicitii la care este supus personalul n timpul operaiilor de la tanc apare din contactul cu gazele de diferite tipuri. Unul dintre cele mai eseniale efecte ale substanelor nocive, coninute n produsele petroliere este asfixia. Dintre elementele asfixiante se pot enumera: azotul N, dioxidul de carbon co2, metanul CH4, etanul C2H6, propanul C3H3 i butanul C4H10. Prin nlocuirea oxigenului normal prezent n aer, produsele asfixiante priveaz sngele de oxigen, ducnd la incontien i chiar moarte. Asfixia chimic produce sufocarea prin reducerea capacitii de oxigenare a sngelui. n concentraii de 0,04% din volumul de aer, monoxidul de carbon CO devine fatal pentru o persoan expus timp de peste o or ntr-o asemenea atmosfer. Monoxidul de carbon este mult mai periculos dect butanul sau propanul, care devin periculoi numai prin tendina de nlocuire a oxigenului, dar care au un efect toxic destul de slab. 10
Unele substane, cum ar fi amoniacul, dioxidul de sulf i furfurolul, au un efect iritant asupra cilor respiratorii superioare i asupra ochilor, dar sunt capabile, atunci cnd sunt inspirate n cantiti mari s produc efecte grave asupra plmnilor. Efecte distructive asupra plmnilor au de asemenea i compuii vanadiului. Caracteristic unei substane toxice este vtmarea esuturilor vii, atunci cnd substana este absorbit n doze mici. Concentraia dozei este caracteristica principal pentru determinarea gradului de toxicitate a substanei. Substanele toxice acioneaz asupra sistemului nervos central, rinichilor, ficatului i sngelui. Ptrunderea substanelor n corp poate fi fcut prin snge, inhalare sau absorbire la nivelul pielii. Substanele care acioneaz asupra sistemului nervos central au un efect de narcoz asupra persoanelor. Efectele toxice acute se manifest n urma unor expuneri scurte n timp ce efectele cronice rezult n urma expunerilor prelungite. Contactul direct al unor produse petroliere lichide cu pielea poate produce o stare de inflamare a acesteia, producnd dermatite i ulceraii. O serie de hidrocarburi policiclice sunt cancerigene. Ca unitate de apreciere a cantitii de substane vtmtoare n aer, la care este expus o persoan timp de opt ore pe zi, pentru o perioad lung de timp, fr pericol pentru sntate, este dat de valoarea limit de treapt Threshold limit value T.L.V. - . Reacia la substanele vtmtoare difer de la persoan la persoan, motiv pentru care valorile date de T.L.V. vor fi folosite numai ca mrimi de ghidare n controlul pericolului pentru sntate. n cazul substanelor acute, cum sunt benzenul i hidrogenul sulfurat, limita de treapt nu trebuie s fie depit nici chiar pentru perioade foarte scurte de timp.
1.7.1.
Toxicitatea vaporilor de petrol
Inhalarea vaporilor de hidrocarburi prezeni n iei devine periculoas numai n spaii nchise sau atunci cnd o persoan este expus o perioad mai lung de timp, la vaporii scpai prin deschiderile din puntea cargotancurilor, care conin petrol din Clasa I cu punct de aprindere mai mic de 310C - . Efectul toxicitii vaporior de petrol asupra persoanelor expuse n funcie de concentraie este urmtorul : 0,1% (1000 ppm ) : irit ochii dac expunerea este de o or ; 0,2% (2000 ppm ) : irit ochii , nasul i gtul, produce ameeal, tulburri de echilibru i instabilitate la o expunere de o jumtate de ora , turmentaie (intoxicaie alcoolic ) ; 11
0,7%(7000ppm) :simtom de beie turmentaie ;
la o expunere de cinsprzece minute ;
1,0% (10.000 ppm) : beia rapid care poate duce la pierderea cunotinei i la moarte, dac expunerea continu ; 2,0%(20.000 ppm) : paralizia i moartea au loc foarte rapid. Ca o atmosfer aer vapori de petrol s fie respirabil pentru o perioad lung de timp, concentraia de vapori nu trebuie s depeasc 0,05% (500 ppm). La bordul navei, concentraiile de vapori de petrol periculoase pentru sntate sunt determinate cu ajutorul indicatoarelor de gaze combustibile. Un grad foarte ridicat de toxicitate l reprezint vaporii de benzen. Acetia au un efect narcotic mult mai puternic dect cei provenii din hidrocarburile din grupul benzinei. Efectele toxicitii vaporilor de benzen sunt urmtoarele : 3000 ppm : tolerabil pentru 30-60 minute ; 7500 ppm : periculos dup 30-60 minute ; 20000 ppm : fatal dup o expunere de 5-10 minute. Limita treapt pentru benzen este recomandat la valoarea de 25 ppm.
1.7.2. Toxicitatea hidrogenului sulfurat Hidrogenul sulfurat existent n iei prezint dou caracteristici eseniale, i anume : toxicitatea i mirosul. Ca gaz n sine, hidrogenul sulfurat este extrem de toxic i n concentraii aproximativ reduse, poate provoca, relativ rapid, incontien i moarte, atunci cnd este inspirat. n plus, atunci cnd se afl n concentraii slabe, are un miros neplcut, de ou stricat. Concentraiile mari de hidrogen sulfurat paralizeaz simul mirosului. Limita de prag pentru concentraia de hidrogen sulfurat este de 10 ppm. Efectele toxicitii vaporilor de hidrogen sulfurat funcie de concentraie sunt urmtoarele : 100 ppm : iritaii locale ale ochilor i cilor respiratorii dup o expunere mai mare de 60 minute ; 200 ppm : iritaii puternice ale ochilor i sistemului respiratoa ; iritarea ochiilor se produce dup circa 5-10 minute ; 500 ppm : pericol foarte mare pentru sntate dac este inspirat o perioad de circa 15-30 minute ; risc de pneomonie, dureri de cap, iritri puternice ale ochilor i sistemului respirator : 1000 ppm : colaps instantaneu i ncetarea respiraiei.
12
Concentraia de vapori de hidrogen sulfurat ntr-un cargotanc depinde de cantitantea de hidrogen sulfurat dezvoltat n masa petrolului, presiunea de vapori, temperatura acesteia, volumul spaiului de ulaj, etc. Atunci cnd se execut operaiuni de msurare a ulajului sau se iau probe din marf, cargotancul trebuie s fie ventilat liber prin catarg, nainte de a se proceda la deschiderea capacelor, n scopul prevenirii formrii unei atmosferer bogate n hidrogen sulfurat la nivelul punii. Persoanele care au fost gazate cu hidrogen sulfurat trebuie s primeasc ajutor medical de urgen. n acest sens, prima msur este aceia este de a scoate persoana la aer curat i iniierea imediat a respiraiei artificiale, inclusiv administrarea de oxigen.
13
2. 2.1. Generaliti
NAVA TANC PETROLIER
Istoricul transportului de mrfuri cu ajutorul navelor are o vechime milenar. n secolele II i III naintea erei noastre, n Mediterana, se fcea un nfloritor comer cu vin i ulei de msline transportat n amfore, astfel c acestea pot fi considerate ca fiind recipientele premergtoare tancurilor demontabile, folosite pe navele petroliere costiere de mai trziu. n secolele XII i XIII, ntre Anglia i Burgundia s-a dezvoltat un important comer cu vinuri, transportate n butoaie mari, din lemn, numite tuns. Cu timpul, termenul a degenerat n ton i a fost folosit ca unitate de msur a capacitii de transport a navelor, egal cu 100 picioare cubice. Primul transport important de produse petroliere a fost fcut n anul 1861, din Pennsylvania la Londra, cu bricul Elizabeth Watts. Petrolul era transportat n butoaie mari din lemn, dispuse n cala navei. Dup anul 1864, linia trans-atlantic a petrolului a devenit mult mai important, transportndu-se peste 7,5 milioane galoane anual. Butoaiele din lemn ridicau probleme deosebite transportului de petrol, astfel, treptat, acestea au fost nlocuite cu recipiente de form rectangular, confecionate din oel. Forma rectangular asigura condiii mai bune i mai sigure de stocare a recipientelor n cale i pe punile navelor. ntre anii 1869 i 1872 nava Charles de 800 tdw, a executat transportul de petrol ntre America i Europa n aproximativ 60 de asemenea recipiente, fiecare avnd o capacitate de circa 13 tone. Practic, cargourile au fost transformate n nave pentru transportul petrolului. Descrcarea petrolului din aceste tancuri se fcea manual, operaiune dificil, greoaie i suficient de periculoas. Cu timpul, dimensiunile tancurilor au crescut pn cnd au ajuns la dimensiunea magaziilor n care erau transportate. Acum se punea problema manipulrii mecanice a produselor petroliere, fapt pentru care, pe puntea navelor se monteaz o caldarin, care genereaz aburii necesari acionrii pompelor de marf. 2.2. Evoluia construciei navelor petroliere Sfritul secolului al XIX-lea marcheaz o cretere tot mai mare a comerului cu petrol pe mare, cretere care a pus probleme deosebite constructorilor de nave, pentru a gsi soluii eficiente n creterea capacitii de transport a navelor innd cont i de caracterul special al ncrcturii petrolul - .
14
Primul pas l-a constituit proiectarea i construirea n anul 1866 a navei Gluckauf cu o lungime de 91 m i o capacitate de transport de circa 3500 tone, destinat exclusiv transportrii petrolului. Din acest punct de vedere, ea poate fi considerat prototipul navei petroliere. Corpul navei era un recipient mare, compartimentat n spaii mici n care era turnat petrolul. Nava era propulsat cu vele i o cu main alternativ cu tripl expansiune, plasat n extremitatea pupa pentru ca tancurile de marf s ocupe o poriune continu a navei i pentru evitarea construirii tunelului arborelui port-elice. Noutatea adus n construcie de ctre aceast nav nu a fost mbriat, aa cum ar fi fost cazul, de ctre armatorii timpului, preferndu-se n continuare amenajarea cargourilor pentru transportul petrolului. n situaia de fapt, navele care transportau produse lichide n vrac erau expuse la efectul negativ al suprafeelor libere de lichid care produce reducerea i chiar pierderea stabilitii transversale. Prima msur constructiv de reducere a efectului suprafeelor libere de lichid a fost aceea de a se construi n planul diametral al navei un perete de separaie, pe toat lungimea cargotancurilor. Msura a fost iniiat la construcia navei Gluckauf, fiind preluat i la construcia navelor petroliere de dup Primul rzboi mondial. Un pas important n reducerea efectului negativ al suprafeelor de lichid a fost construirea puului de expansiune, n partea superioar a cargotancurilor, cu meninerea peretelui diametral de separaie. Rolul puului de expansiune este i acela de a crea un spaiu suplimentar pentru o eventual dilatare a volumului de petrol. Evoluia constructiv a tancurilor petroliere a fost marcat ncepnd cu anul 1920 de amenajarea n partea lateral superioar a cargotancurilor a unor tancuri de dimensiuni reduse, numite tancuri de var summer tanks - . Tancurile de var permiteau navelor s transporte o cantitate mai mare de marf, atunci cnd navigau la linia de ncrcare de var i puteau fi meninute goale atunci cnd se naviga la linia de ncrcare de iarn sau la un pescaj redus. Tancurile de var erau descrcate odat cu tancurile principale prin curgere liber, fr instalaii suplimentare. Avnd maina principal la pupa se asigura din construcie o asiet convenabil att pentru navigaie ct i pentru descrcare. De asemenea, se micoreaz mult i riscul de incendiu, deoarece cldrile erau localizate la pupa, fiind separate de cargotancuri printr-un coferdam. Acest tip de petrolier s-a meninut pn ctre mijlocul anilor 30 cnd constructorii de nave au ajuns la concluzia c efectul suprafeelor libere de lichid poate fi diminuat foarte mult prin montarea a doi perei longitudinali etani i eliminarea peretelui longitudinal de separaie, n locul lui rmnnd doar curentul longitudinal central al punii principale care se extinde 1-2 m de la plafonul tancului. Acesta este un perete parial de separaie, avnd rol suplimentar de reducere a suprafeei libere de lichid. 15
Aceast metod de construcie, cu mici modificri a rmas n practica curent pn n prezent. Unele nave petroliere moderne de mare tonaj pstreaz n continuare peretele longitudinal de separaie, care mpreun cu pereii laterali mrete numrul cargotancurilor dintro seciune. Sistemul de osatur al navelor petroliere s-a modificat odat cu modificarea sistemului de compartimentare a acestora. n acest sens, n construcia navelor s-a trecut de la sistemul de osatur transversal la sistemul de osatur longitudinal Isherwood -. Petroliere moderne de mari dimensiuni sunt construite n acest sistem de osatur, avnd doi sau mai muli perei longitudinali de separaie, fr tancuri de var i fr dublu-fund. n practica actual, sistemul de construcie pentru navele petroliere de mare tonaj este sistemul de osatur Ishewood modificat sistem caracterizat prin folosirea elementelor de construcie specifice osaturii orizontale, pe toat lungimea cargotancurilor i cu osatur vertical n borduri i extremiti -.
2.3 Nave petroliere moderne Evoluia navelor petroliere poate fi considerat ca fiind spectaculoas att din punctul de vedere al dimensiunilor ct i al eficienei economice. Dimensiunile constructive pot fi considerate ca gigantice n comparaie cu alte tipuri, iar ponderea navelor petroliere, la ora actual, reprezint ceva mai mult de 50% din tonajul flotei mondiale comerciale. Gradul de specializare al navelor petroliere a crescut enorm, astzi, practic, fiind posibil s se transporte, n siguran, cele mai diverse sorturi de produse petroliere. Navele petroliere au un corp rezistent, pentru a face fa solicitrilor la care sunt supuse pe timpul ncrcrii, descrcrii i al navigaiei. Suprastructurile au rolul de a asigura o rezerv de flotabilitate, de a mbuntii calitile nautice i dea crete rezistena construciei, indiferent dac nava este prevzut cu trei sau numai dou suprastructuri. Navele de mari dimensiuni au, n general, o suprastructur etajat n pupa, asigurndu-se astfel o punte liber pe ntreaga zon ocupat de cargotancuri. n general, navele moderne au o nlime mic a bordului liber, iar n zona cargotancurilor, falsbordul este nlocuit cu o balustrad metalic. Acest gen de construcie permite uor ambarcarea pachetelor de ap dar i scurgerea rapid a acesteia de pe puntea navei. La navele cu bord liber mic, ntre teug i dunet este dispus n plan longitudinal o pasarel de acces, nlat deasupra punii, care susine o reea de tubulaturi i traseele circuitelor de iluminat. Aceast cale de acces lipsete la navele cu bord liber mare. Amenajrile interioare ale navelor petroliere sunt realizate ergonomic, n scopul asigurrii unei folosiri eficiente i sigure a spaiului de la bord. Construcia, amenajarea i dotarea navelor noi trebuie s respecte cerinele impuse de organismele naionale i 16
internaionale. Printre altele, Convenia SOLAS prevede separarea compartimentului maini i a spaiului de locuit, fa de zona de marf, printr-un coferdam; pereii i mobilierul din spaiul de locuit s fie ignifugi iar instalaia electric de iluminat din zonele de risc, s aib rezistena intrinsec. Instalaia de ncrcare/ descrcare a navei este conceput astfel nct s asigure eficiena necesar i de a nu genera ntrzieri operaionale anormale. Din punctul de vedere al mainilor folosite pentru propulsia navelor petroliere, evoluia acestora a corespuns evoluiei normale a dimensiunilor construciilor i a progresului tehnic. La navele moderne, propulsia este asigurat, n cea mai mare parte, de motoare cu ardere intern, de mare putere i n mai mic msur de turbine cu abur sau gaze. Nevoia tot mai mare de petrol a economiei mondiale a dus la creterea dimensiunilor i implicit a tonajului navelor petroliere n ritm susinut. Astfel, ntre anii 1950-1969, tonajul navelor a crescut de la circa 16.000 tdw la 84.000 tdw, pentru ca la nceputul anilor 70 s se ajung la nave cu un tonaj de 359.119 tdw - seria petrolierelor UNIVERSE -, iar n anul 1972 japonezii au construit i lansat la ap petrolierul mamut GLOPTIK TOKYO de 477.000 tdw. antierele franceze de construcii navale, mergnd pe ideea creterii tonajului navelor au lansat la ap n anul 1976 petrolierul gigant BATTILUS de 554.000 tdw. n anii 80 i 90, antierele japoneze de construcii navale au proiectat, construit i testat o nav petrolier mamut de peste 1.000.000 tdw care ns s-a rupt n dou n timpul probelor. Apariia i dezvoltarea petrolierelor foarte mari a avut loc n perioada n care Canalul Suez a fost nchis navigaiei, aprnd astfel necesitatea unei soluii eficiente, innd seama de distanele foarte mari de navigaie n jurul Africii. Avndu-se n vedere marea diversitate de tipuri i tonaje, n care sunt construite navele petroliere, clasificarea petrolierelor mari se face dup tonaj, n urmtoarele categorii : Petroliere mari cu un tonaj de pn la 160.000 tdw; Superpetroliere ( very large crude carriers ) cu tonajul cuprins ntre 160.000 tdw i 400.000 tdw ; Petroliere mamut ( ultra large crude carriers ) cu tonajul mai mare de 400.000 tdw. Petrolierele mamut au acces doar n cteva porturi din cauza pescajului foarte mare, fiind angajate s transporte iei pe distane foarte mari, ntre Orientul Mijlociu i rafinriile din Europa, America de Nord i Japonia. Petrolierele mari sunt angajate n transportul de iei pe rutele care nu pot fi deservite de petrolierele mamut i superpetrolierele, avnd avantajul de a putea trece prin Canalul Suez, dar nu ntotdeauna ncrcate la ntreaga lor capacitate. 17
Evoluia navelor petroliere poate fi urmrit i n contextul flotei maritime comerciale din ara noastr. Pn n anul 1962 petrolierele care au navigat sub pavilion romnesc au fost de tonaje nesemnificative. Dup aceast dat, flota comercial a Romniei a fost dotat cu dou nave petroliere de cte 25.000 tdw construite n Suedia Prahova i Ploieti- urmate la scurt timp de alte dou nave de cte 35.000 tdw construite n Japonia. Mergnd pe ideea creterii numrului de nave, sunt procurate tot din Japonia, un numr de patru nave de cte 85.000 tdw. Concomitent, n antierele navale din ar au fost construite trei petroliere de cte 150.000 tdw.
2.4 Nave specializate. Petroliere combinate Datorit capacitii de a transporta o gam larg de produse petroliere, precum i modul de construcie i gradul perfecionat al dotrilor, navele petroliere sunt considerate nave specializate. Caracteristica de nave specializate este asigurat, totui, de ctre existena unor nave capabile s transporte mrfuri diferite n voiaje diferite. Petrolierele combinate au aprut ca o soluie a problemei navlului voiajului de napoiere i a reducerii perioadei navigaiei n balast. Petrolierele combinate transport ntr-un sens iei iar n cellalt crbuni sau minereuri. Din categoria navelor petroliere combinate, urmtoarele dou tipuri sunt cele mai reprezentative: 1. Transportoare combinate pentru petrol-minereu (Oil Ore carrier ) sau nav tip O/O. O astfel de nav transport petrol numai n tancurile laterale, care sunt dotate cu tubulaturile necesare, specifice navelor petroliere. Nava transport minereu numai n compartimentele centrale, care sunt prevzute cu dublu-fund i au pereii laterali n pant pentru asigurarea autorujrii. De regul, acest tip de nav nu poate transporta petrol la ntreaga capacitate, mai ales cnd se ncarc iei uor. 2. Transportoare conbinate pentru petrol-mrfuri n vrac (Ore/Bulk-Oil carrier) sau nav tip OBO. Acest tip de nav transport, la ntreaga sa capacitate, fie un navlu complet de produse petroliere n vrac, fie un navlu complet de mrfuri solide n vrac. La acest tip de nav, cea mai perfecionat, tancurile laterale sunt mai nguste i sunt folosite numai pentru balast. Tancurile/magaziile centrale sunt prevzute cu dublufund, prin care trec tubulaturile pentru ncrcarea / descrcarea petrolului. Navele de acest tip sunt prevzute cu un sistem de tubulaturi pentru balast, complet separat de sistemul tubulaturii de marf. Navele tip OBO dispun de magazii deschise, de mari dimensiuni care nu sunt prevzute cu perei longitudinali etani. Acest neajuns este parial eliminat prin existena tancurilor laterale de balast, n partea superioar a structurii, care au rolul de a reduce ruliul navei pe timpul navigaiei n condiii de mare rea. 18
Conform statisticilor internaionale, la acest tip de nave, n decursul anilor s-au produs cele mai multe accidente i explozii, n special n timpul transportului balastului murdar. Explicaia ar fi aceea a producerii scnteilor n spaiu de ulaj, prin descrcarea electriciti statice. Pentru a preveni formarea atmosferei inflamabile, aceste nave au fost dotate cu instalaii de gaz inert. O alt surs generatoare de neajunsuri, pentru acest tip de nav, a constituit-o sistemul de ventilare a tancurilor. Riscul aprinderii este deosebit de mare atunci cnd gazele evacuate din tancuri nu au o evacuare rapid i direct n atmosfer. 2.6 Particulariti constructive Pe lng ali factori, la proiectarea i construcia navelor petroliere trebuie s se in cont i de urmtoarele: Apariia solicitrilor dinamice suplimentare, determinate de forele de inerie ale maselor de lichid transportate, care, pe timpul oscilaiilor navei efectueaz micri neuniforme; Micorarea stabilitii iniiale transversale i longitudinale, determinat de influena suprafeelor libere ale lichidelor care se transport; Modificarea volumului ncrcturii lichide transportate, datorit variaiilor de temperatur; Accentuarea coroziunii structurilor din cargotancuri; Sporirea pericolului de incendii i explozii, determinat de prezena amestecului format din aer i vaporii emanai de produsele petroliere. innd cont de cele prezentate mai sus, n continuare sunt prezentate unele particulariti constructive ale navelor petroliere. Sistemul general de osatur ce se aplic n construcia petrolierelor poate s fie longitudinal-la navele cu L >180 m sau combinat - pentru navele ca L < 180 m . Planeele de fund cu dublu-fund din zona cargotancurile se construiesc n sistem de o satur longitudinal. Planeele de bordaj se pot construii n sistemele de o satur transversal sau longitudinal cu dublu bordaj. Planeele de punte sunt construite n sistem de o satur longitudinal. Petrolierele au prevzut o singur punte continu n zona cargotancurilor - puntea principal-. Capacele cargotancurilor au seciunea circular sau eliptic, de arie maxim 1 m2. Capacele cargotancurilor trebuie s fie metalice i s asigure o nchidere ermetic. Fiecare capac este prevzut cu doi robinei : unul pentru montarea capsulei dinamometrice iar cellalt pentru cuplarea tubulaturii de aburi necesar nclzirii mrfii. 19
Pereii transversali i longitudinali asigur o compartimentare riguroas i pot fii plai sau gofrai. Pereii transversali se construiesc n sistem de osatur vertical cu gofre orizontale sau verticale. Perei longitudinali se pot construii n sistem de o satur orizontal sau vertical. n scopul uurri operaiunilor de curire a cargotancurilor, osatura pereilor longitudinali laterali este plasat spre borduri n interiorul tancurilor laterale - . Suprastructurile i rufurile sunt concentrate n castelul pupa, acestuia adugndu-i-se, n mod obligatoriu, teuga extins pe cel puin 0,07 L impus din regulile de bord liber -. Pin concentrarea tuturor ncperilor de locuit n castelul pupa, se scurteaz mult conductele diverselor instalaii ce le deservesc. Deoarece gurile de ncrcare a mrfii au dimensiuni reduse i sunt asigurate cu capace etane, nlimea bordului liber la petroliere este mai mic dect la celelalte tipuri de nave. Viteza economic a petrolierelor este v= 1622Nd. Instalaia de propulsie folosete ca maini principale motoare cu aprindere prin compresie (Diesel), lente sau semirapide, iar n unele cazuri turbine cu abur, care antreneaz elicea cu pale fixe. Compartimentul maini este amplasat ntotdeauna la pupa. Adoptarea acestei soluii prezint urmtoarele avantaje : Eliminarea liniei de arbori intermediari i a tunelului liniei de arbori, deci reducerea greutii construciei; Prin dispariia tunelului liniei de arbori crete volumul util al cargotancurilor; Probabilitatea producerii unor avarii la corpul navei care s scoat din funciune sau s perturbe funcionarea mainilor principale este mai mic; Concentrrile de tensiuni, provocate de ncovoierea general a corpului, la capetele postamentelor mainilor principale sunt mai mici; Prin instalarea coului de fum la pupa se menine mai uor curenia navei i se diminueaz pericolul producerii unor incendii provocate de scnteile ce ies pe coul de fum ; Pstrarea continuitii pereilor longitudinali, deci i a rigiditii grinzii echivalente pe ntreaga lungime a zonei cargotancurilor; Asigurarea unei asiete corespunztoare pe timpul navigaiei i descrcrii. ntre zona cargotancurilor i celelalte componente (compartimentul maini, magazia pentru mrfuri uscate, tancurile de combustibil, etc.) se prevd coferdamuri orizontale i verticale. Instalaia de ncrcare-descrcare a mrfii este de tip hidraulic. Pompele acestei instalaii sunt dispuse n compartimente special amenajate. n funcie de mrime, petrolierele pot avea unul sau dou compartimente de pompe. n scopul uurrii operaiunilor de ncrcare20
descrcare, marfa este fluidizat prin nclzire, cu ajutorul aburului care circul prin serpentine dispuse pe fundul cargotancurilor. Pentru a se evita riscul declanrii unor incendii i explozii, toate instalaiile auxiliare de bord din zona cargotancurilor sunt acionate de maini hidraulice sau cu abur. Modificarea volumului mrfii transportate, datorit variaiilor de temperatur, necesit existena unor spaii libere n cargotancuri. Aceast msur are dou consecine negative: micoreaz stabilitatea iniial i prin amestecul de vapori inflamabili i aer ce se formeaz la partea superioar a cargotancurilor, se creeaz condiii favorabile producerii unor incendii sau explozii. Aceste consecine se nltur prin folosirea diafragmelor de ruliu i tangaj, respectiv prin dotarea petrolierelor cu instalaii de gaz inert. n caz de avarie la corp, apa avnd densitatea mai mare dect produsele petroliere ptrunde pn cnd se umplu spaiile libere. Din acest motiv, nescufundabilitatea petrolierelor este mult mai bine asigurat dect a navelor pentru transportul mrfurilor uscate. 2.7 Petrolierul ca nav de nalt specializare ntre primele petroliere care transportau cantiti modeste de iei i produse petroliere i navele petroliere din zilele noastre care reprezint aproximativ 50% din tonajul comercial mondial, se constat progrese importante care au dus la apariia uneia dintre cele mai eficiente nave, la care specializarea a fost mpins la limite. 2.7.1 Funciile navei petroliere innd seama de volumul mare de petrol transportat pe plan mondial i de varietatea produselor petroliere, navele petroliere trebuie s ndeplineasc urmtoarele funcii de baz: Spaiul destinat mrfii s asigure capacitatea de ncrcare necesar transportrii n condiii economicoase a ieiului i a produselor petroliere cu greutatea specific variind de la 0,7 g/cm3 pn la 0,96 g/cm3 ; S aib o flexibilitate corespunztoare diversitii produselor transportate, adic, s fie capabile s transporte simultan cel puin dou sorturi de marf; Cargotancurile s fie etane ntre ele i ntre grupurile care formeaz tronsoanele, spre a se evita contaminarea sorturilor de marf transportate simultan; Cargotancurile s aib un spaiu excedent suficient pentru a se asigura expansiunea produselor, la trecerea prin zone cu temperaturi nalte; La capacitatea maxim de transport i la diferite stri de ncrcare, s asigure n permanen o asiet corespunztoare i o repartizare corespunztoare a greutilor, pentru a se evita suprasolicitarea corpului navei;
21
Sistemul de tubulaturi s permit o ct mai uoar repartizare a diferitelor produse, pe tronsoane, att la ncrcare ct i la descrcare. 2.7.2 Repartiia zonelor pe o nav petrolier Din punct de vedere constructiv, tancurile petroliere difer ntr-o oarecare msur unele fa de altele. Cu toate micile deosebiri constructive, toate tancurile petroliere sunt formate din urmtoarele trei seciuni: 1. i navigaiei; 2. 3. Seciunea prova Seciunea prova, la navele petroliere tipice, cuprinde tancul de coliziune prova forepeak tank care, la navele moderne include i structura bulbului. Peretele dorsal al acestui tanc este un perete etan, de construcie i rezisten special, fiind cunoscut sub denumirea de perete de coliziune prova. Tot n seciunea prova, napoia tancului de coliziune, este plasat un tanc de bunker, destinat transportului de combustibil n cazul voiajelor lungi. Deasupra acestor tancuri se gsete o magazie de mrfuri uscate, casa pompelor de transfer bunker, puul lanului ancorei i alte spaii de depozitare. Pe vertical, deasupra spaiilor de depozitare se afl puntea teug. Pe teug sunt montate vinciurile de ancor i de manevr. Seciunea prova este separat de restul navei prin intermediul unui coferdam care se extinde n plan vertical de la chil pn la nivelul punii principale. Rolul coferdamului este acela de a preveni scurgerile de petrol n caz de avarie la cargotancurile prova. Seciunea centru Seciunea centru, fiind seciunea cargotancurilor, are dimensiunile cele mai mari. Cu ct aceasta este mai mare cu att nava este mai rentabil din punct de vedere economic. Spaiul de marf este mprit ntr-un numr mai mare sau mai mic de cargotancuri, n funcie de tipul i destinaia navei navele destinate transportului de produse petroliere au un numr mai mare de cargotancuri dect navele destinate transportului de iei - . n zona pupa a seciunii centru, adiacent la casa pompelor de marf sunt dispuse tancurile de slop al cror scop este de a reine reziduurile de petrol provenite din marfa transportat anterior. n conformitate cu normele de protecie a mediului marin, stabilite de ctre I.M.O., navele moderne trebuie s fie prevzute cu cel puin trei trepte de separaie, pentru a reduce riscul polurii mediului marin n caz de deversare accidental de petrol de la bordul navei. seciunea centru format din totalitatea cargotancurilor; Seciunea pupa destinat mainilor principale, auxiliare i Seciunea prova destinat asigurrii unor servicii necesare navei
ncperilor de locuit.
22
Seciunea pupa Imediat n pupa casei pompelor, se gsete un tanc de bunker dispus transversal i tancurile de consum zilnic. Spaiul situat ntre chil i acest tanc de bunker este folosit ca pu al casei pompelor. n acest spaiu sunt montate turbinele cu abur folosite pentru antrenarea pompelor de marf. Transmiterea puterii de la turbine la pompele de marf se face prin intermediul unor arbori, care penetreaz peretele etan prin intermediul unor oale cu garnituri etane la gaze. Tancurile pentru depozitarea combustibilului, a uleiului de ungere i a apei potabile se gsesc dispuse n dublul fund al seciunii pupa, n imediata vecintate a mainii principale. O asemenea dispunere face ca forele de mpingere ale mainii principale s se transmit corpului navei prin intermediul unor coaste puternic ntrite. n extremitatea pupa a navei se gsete tancul de coliziune pupa afterpeak situat imediat dup compartimentul maini, tanc care este destinat transportului rezervei de ap potabil n cazul voiajelor lungi. Spaiul de locuit i servicii se ntinde deasupra ntregii seciuni pupa, deasupra punii principale, unele compartimente cum ar fi camera crmei, compartimentul maini i camerele frigorifice se afl sub nivelul punii principale. Camera de ncrcare/descrcare se afl plasat n prova blocului de locuit, astfel nct hublourile situate n peretele prova s permit o vedere clar asupra punii i instalaiilor de pe punte. n acest mod ofierii de cart pot supraveghea orice operaie ce se desfoar pe punte n timpul serviciului lor. Puntea de navigaie i ncperile destinate serviciilor de punte, cum ar fi staia radio, sunt plasate la cel mai nalt nivel al blocului de locuit, pentru a da posibilitatea ofierilor de cart s exercite o bun supraveghere a navei, n orice condiii de navigaie.
23
3. Echipamente de manipulare marfa la bordul navelor tanc petrolierReglementri I.M.O. n domeniul polurii marine n luna martie 1992 a avut loc la Londra cea de-a 32-a Sesiune a Comitetului pentru protecia mediului marin din cadrul Organizaiei Maritime Internaionale. La aceast sesiune au fost adoptate decizii importante n special privind perfecionarea proiectrii i construirii navelor petroliere noi i existente n vederea prevenirii polurii cu hidrocarburi n cazuri de coliziune sau euare, cazuri care implic scurgeri masive de petrol, cu repercursiuni grave asupra mediului marin. n acest sens, n Anexa I la MARPOL 73/78 au fost adoptate dou reguli noi: Regula 13F i Regula 13G. Regula 13F se aplic navelor petroliere noi cu deadweight peste 600 tdw al cror contract de construcie a fost ncheiat dup 6 iulie 1993, sau a cror chil a fost pus dup 6 ianuarie 1994 sau care au fost livrate dup 6 iulie 1996. n conformitate cu prevederile acestei reguli, navele petroliere cu deadweightul ntre 600 tdw i 5000 tdw vor trebui prevzute cel puin cu dublu fund dac nu vor avea dublu corp i vor avea tancurile de marf de capaciti limitate. La navele petroliere cu deadweightul mai mare de 5000 tdw, ntreaga lungime a zonei cargotancurilor va fi protejat cu dublu corp, sau o construcie acceptat ca echivalent. Spatiile dintre corpul exterior i cel interior vor fi folosite ca tancuri de balast sau pentru alte destinaii, n afar de tancuri de marf sau de combustibil. Tancurile de balast sau spatiile din dublu fund sau dublu bordaj vor avea dimensiuni minime (nlime, respectiv lime) impuse de necesitatea de a construi o protecie suficient n cazul unei avarii de fund sau laterale pricinuite de coliziuni de mic energie, aa cum sunt n majoritatea cazurilor. Pentru navele petroliere mai mari de 20.000 tdw dimensiunile avariei de fund, pentru care nava trebuie s aib flotabilitatea i stabilitatea de avarie suficiente, au fost adoptate difereniat, n funcie de dimensiunile navelor, astfel lungimea: - 0,6 L pentru nave mai mari de 75.000 tdw - 0,4 L pentru nave mai mici de 75.000 tdw limea: - B/3 Ca soluie echivalent pentru construcia cu dublu corp este admis construcia cu punte intermediar n zona cargotancurilor. Puntea intermediara trebuie s fie amplasat la o nlime astfel aleas nct presiunea exercitat pe fundul cargotancurilor de coloan de hidrocarburi plus presiunea vaporilor s fie mai mic dect presiunea exterioar exercitat de ap pe fundul cargotancurilor. Prin aceast soluie se urmrete ca, n cazul unei avarii de fund, petrolul s fie reinut n tancul avariat, scurgerea lui fiind mpiedicat de presiunea superioar exercitat de ap. Cele dou soluii constructive: construcia cu dublu corp i construcia cu punte intermediara au fost acceptate ca echivalente, cu toate c protecia pe care o asigur mpotriva polurii mediului marin nu este aceeai. n cazul unei coliziuni de mic energie, construcia cu dublu corp ofer o protecie total, scurgerea de hidrocarburi fiind nul, n timp ce construcia cu puncte intermediare permite o scurgere limitat de hidrocarburi care poate polua totui mediul marin. Pe de alt parte, n cazul unei coliziuni de energie mare, la care avaria este profund i penetreaz corpul interior, construcia cu dublu corp nu ofer nici o protecie contra polurii, n timp ce, construcia cu punte intermediar permite o protecie suficient. Rmne deschis problema msurilor de siguran care trebuie luate n cazul navelor petroliere cu dublu corp, pentru a se asigura ca n timpul exploatrii acestora riscul incendiilor i exploziilor s nu fie mai mare dect n cazul navelor petroliere clasice. Aceste msuri vor fi stabilite n continuare de ctre Comitetul Securitii Maritime. Au fost adoptate de asemenea reglementri pentru diminuarea polurii marine de ctre navele petroliere existente, reglementri coninute n noua regul 13G.
24
Regula 13G a intrat n vigoare n anul 1995 i se aplic navelor petroliere existente care transport iei cu un deadweight mai mare de 20.000 tdw, navelor pentru transportul produselor petroliere cu deadweight peste 30.000 tdw care nu respect sau respect numai parial cerinele regulii 13F aplicabil navelor noi. Aceste petroliere vor fi supuse unui program de inspecie mai intens, a cror frecven i obiectiv vor fi n conformitate cu instruciunile care urmeaz s fie elaborate de I.M.O.. Rapoartele acestor inspecii urmeaz s fie pstrate la bordul navei ntr-un dosar la care s aib acces autoritile portuare. Conform regulii 13G adoptat, navele petroliere pre-MARPOL care nu corespund cerinelor referitoare la prevederea tancurilor de balast separat, vor trebui s corespund acestor cerine nu mai trziu de 25 de ani dup data livrrii lor. Ca alternativ la prevederea tancurilor de balast separat s-a acceptat modul de ncrcare a cargotancurilor care asigur balana hidrostatic, adic nivelul petrolului n cargotancuri s fie astfel nct presiunea exercitat din exterior de ap pe fundul cargotancurilor s fie mai mare dect presiunea exercitat de marf. Aceast soluie, acceptat ca echivalent, prezint marele dezavantaj c diminueaz capacitatea de transport a navelor. Chiar n cazul n care corespund cerinelor Conveniei MARPOL 73/78 n ceea ce privete dotarea cu tancuri de balast separat, navele petroliere existente vor trebui s corespund cerinelor regulii 13F nu mai trziu de 30 de ani de la data livrrii lor, ceea ce nseamn de fapt excluderea din exploatare a navelor petroliere mai vechi de 30 de ani. Ca urmare a adoptrii acestor amendamente privind principiile de proiectare i construcie a petrolierelor, din motive de corelare a fost necesar i adoptarea altor amendamente, cum ar fi unele modificri la raportul privind construcia i echipamentele petrolierelor anexat certificatului IOPP. De asemenea a fost amendat corespunztor regula 24 privind limitarea dimensiunilor i capacitii cargotancurilor. Tot n ideea diminurii polurii marine au fost adoptate amendamente privind criteriile de deversare a apelor coninnd hidrocarburi, att din zona compartimentelor maini ct i din zona de marf a petrolierelor. Astfel, coninutul de hidrocarburi al apelor deversate care provin din santinele compartimentelor maini nu trebuie s depeasc 15 ppm., att n zonele speciale ct i n afara acestora. De asemenea, debitul instantaneu de deversare de hidrocarburi provenind din zona de marf a navelor petroliere nu trebuie s depeasc 30 litri pe mila marin ( n loc de 60 litri pe mila marin). Pentru nlocuirea echipamentelor de separare (100 ppm) cu echipamente de filtrare (15ppm) a fost acordat o perioad de graie de 5 ani, ncepnd cu data adoptrii amendamentelor.
3.1. Instalaia de ncrcare/descrcare Instalaia de ncrcare/descrcare servete la distribuirea la bord a mrfii trimise cu mijloacele danelor, precum i la debarcarea mrfii n portul de destinaie. ieiul i produsele petroliere se ncarc i descarc prin intermediul sistemului de tubulaturi care, prin intermediul diferitelor valvule asigur formarea firelor de ncrcare. n linii generale, instalaia de ncrcare/descrcare se compune din: A. Sistemul de tubulaturi Sistemul de tubulaturi este format din tubulatura principal numit i magistral, care deservete un tronson i o tubulatur secundar bare deservete un cargotanc sau o serie de cargotancuri aflate n aceeai seciune transversal. Exist dou sisteme de tubulaturi larg rspndite la navele petroliere: Sistemul circular care const dintr-o magistral circular pe fundul spaiului de ncrcare, conectat la tubulaturi ce duc la camera pompelor i la manifoldul de pe punte. Magistrala inelar are ramificaii transversale cu sorburi n fiecare cargotanc. 25
Sistemul direct, n care fiecare tronson este deservit de o singur magistral conectat la manifold i camera pompelor, avnd ramificaii transversale n fiecare cargotanc din grupul care formeaz tronsonul. Acest sistem de tubulaturi poate asigura n acelai timp i o linie de ncrcare unic pentru toate tronsoanele. A. Armturi navale Formarea firelor de ncrcare/descrcare i controlul stadiului operaiunilor respective sunt asigurate de o serie de valvule dispuse de-a lungul sistemului de tubulatur de la manifold pn la orice cargotanc. Aceste valvule sunt acionate de pe punte manual sau hidraulic din camera de ncrcare. Rolul principal al acestor valvule este de a deschide/nchide un fir de ncrcare/descrcare i de a separa circulaia lichidelor pe tancuri sau tronsoane. Pentru a se uura recunoaterea valvulelor, ele sunt piturate n anumite culori. La fiecare tanc n parte, n afar de valvula principal mai este amplasat o valvul de siguran.
B. Sistemul de pompare ncrcarea petrolierelor nu solicit instalaia de pompare a navei deoarece presiunea necesar mpingerii lichidului prin tubulaturi este asigurat de instalaia terminalului. Descrcarea petrolierelor necesit ns instalaii de pompare a produselor lichide transportate, proprii navei, n care rolul principal l au pompele de marf situate ntr-un compartiment special, numit camera pompelor. Pompele de marf sunt de patru categorii : Pompele cu piston: sunt acionate de abur la o presiune de 18-45 kg/cm2; pot fi cu aciune simpl sau dubl; sunt pompe cu autoamorsare; au un rol secundar, fiind folosite ca pompe de stripping. Pompele centrifuge: sunt acionate de turbinele cu abur sau de motoarele diesel ori electrice; de obicei sunt cu dou trepte, avnd dou rotoare; au numeroase avantaje, fiind foarte eficiente, rapide i necesit o ntreinere nu prea pretenioas; dezavantajul lor const n imposibilitatea de a descrca ultimele rmie de marf (stripping). Pompe elicoidale: sunt de o construcie mai complicat, cu un rotor elicoidal central i cu dou rotoare inactive, care se mbin ntre ele; sunt pompe cu autoamorsare i pe timpul funcionrii nu sunt supuse fenomenului de vibraii sau pulsaii; sunt folosite ndeosebi la navele care transport lubrifiani sau uleiuri vegetale. Pompe rotative: sunt puse n micare ca i pompele centrifuge; nu au o prea larg utilizare la navele petroliere.
B. Sistemul de stripuire Aspectul cel mai dificil din proiectul unui sistem de marf la o nav petrolier l constituie sistemul de stripuire- aspirarea ultimelor cantiti de lichid din cargotancuri. Atunci cnd nivelul lichidului din cargotanc scade pn la valori mai mici de 1m, n tubulatura de aspiraie poate s ptrund aer, fapt ce duce la dezamorsarea pompelor de marf i la gazarea acestora. Vscozitatea ridicat a mrfurilor poate constituii un impediment major n curgerea uniform a lichidului n tubulatura de aspiraie. n plus, forma i elementele structurale ale fundului cargotancurilor complic i mai mult operaiunea de golire i uscare. Un factor important n asigurarea unei stripuiri efective constituie forma i dispunerea fitingurilor de aspiraie montate pe tubulaturile din fiecare cargotanc. n acest scop, sorburile sunt montate la o distan de 15-20 mm fa de bordajul fundului i au o suprafa de curgere de 1,5 ori mai mare dect seciunea transversal a tubulaturii de aspiraie pe care sunt montate. Navele petroliere moderne au un sistem de autostripuire, autostripuire care se realizeaz n trei feluri: 26
Prin introducerea n circuitul de pompare a unei pri din marfa care se descarc pentru a se evita dezamorsarea pompelor; Printr-o instalaie de vacuum; Prin folosirea ejectoarelor pentru descrcare. Proiectarea i dispunerea sistemului de marf la navele petroliere ine cont, n primul rnd, de destinaia navei iar cerinele minime pentru o instalaie corespunztoare sunt stabilite i impuse de ctre societile de clasificare. Modul i gradul de separare a cargotancurilor este stabilit de numrul de sorturi de mrfuri petroliere ce se intenioneaz a fi transportate simultan. Numrul sorturilor de mrfuri petroliere transportate simultan peste egal numrul pompelor de marf. Refularea de la fiecare pomp este condus spre puntea principal prin linii individuale spre manifoldul montat la centrul navei. Fiecare linie a manifoldului este prevzut cu cte o gur de conectare n fiecare bord. ncrcarea mrfi se face prin intermediul conexiunii liniei de siguran cu liniile cargonacurilor; Umplerea mai poate fi fcut i prin intermediul unei conexiunii transversale ntre tubulatura de umplere i tubulatura de aspiraie din casa pompelor. Magistrala de marf este dimensionat pentru o vitez de scurgere relativ redus (8-9 m/s) pentru a preveni cderea de presiune n tubulatura de aspiraie. Magistrala este larg dimensionat, comparativ cu branamentele, pentru a permite pomparea simultan a mrfii dintr-un cargotanc de mare capacitate sau din dou cargotancuri mai mici fr s se restricioneze curgerea. Din motive de flexibilitate a manipulrii mrfii, magistrala este interconectat ntr-o manier care permite conectarea fiecrei pompe de marf la orice tanc sau grup de tancuri.
3.2 Masurarea nivelului de marfa: - sonda sau ulaje luate de urmatoarele echipamente: Indicatoare de nivel Importanta indicatoarelor de nivel este deosebita datorita faptului ca sistemele sunt inchise si nivelul de marfa nu poate fi sondat . Indicatoarele de nivel sunt montate le cargotancuri , la tancurile de storaj de pe punte si la sistemele de relichefiere . Indicatoarele pot fi conectate la alarmele de nivel maxim si la sistemul de pornire pentru a preveni supraumplerea tancurilor si scurgerea marfii pe punte si / sau suprapresiunea cargotancurilor . Daca motoarele pompelor de marfa sunt submersibile exista un sistem de oprire la nivel minim pentru a preveni functionare pompei cu vaporii de marfa si intrarea acesteia in cavitatie . Tipurile de indicatoare de nivel folosite sunt urmatoarele : a. Indicatoare de nivel cu flotor Sistemul de masurare consta dintr-un flotor , care poate sa se deplaseze in plan vertical in interiorul tancului odata cu cresterea saau scaderea nivelului de lichid . La flotor este conectata o banda metalica gradata care poate fi cuplata la un mecanism de actionare pentru citirea de la distanta In timpul exploatarii acestui tip de indicator de nivel se va acorda o atentie deosebita urmatoarelor aspecte : cand nava se afla in mars flotorul va trebui sa fie amarat manual la post fix , pentru a preveni avarierea sa , cu exceptia perioadelor cand sa face masurarea continutului tancului ; citirile locale si cele de la distanta trebuie sa fie frecvent comparate pentru determinarea discrepantelor dintre ele iar citirilor trebuie sa li se aplice corectiile pentru expansiunea sau contractia benzii si pentru asieta si inclinare ;
27
banda metalica trebuie sa fie ajustata pentru a asigura miscarea libera pe verticala .Atentie deosebita se va acorda mecanismului de rotire , care trebuie sa fie bine echilibrat . la schimbarea benzii se va tine cont de nivelul la care flotorul incepe sa se ridice .Acest lucru depinde de densitatea marfii intrucat aceasta determina adancimea la care este imersat flotorul . b. Indicatoare de nivel cu presiune diferentiala Aceste indicatoare sunt instrumente nemecanice care functioneaza pe baza diferentei de presiune dintre lichid si vapori .La acest tip de instrumente se vor urma urmatorele instructiuni : daca continutul tancurilor este inflamabil sau toxic linia de semnal va fi , in mod normal , purjata continuu cu gaz inert . Rata de curgere va fi monitorizata pentru a preveni citirile false si scurgerile de vapori intr-o alta zona sigura ; indicatoarele de tip manometre sunt umplute cu lichid si se bazeaza pe densitatea lichidului pentru a asiguraa exactitatea citirii . Lichidul care umple manometrele trebuie sa fie compatibil cu marfa . Pentru separarea lichidelor incompatibile si a vaporilor - exemplu mercur si amoniac - poate fi folosit un fluid inert ca siliconul ; daca un singur instrument monitorizeaza mai mult de un cargotanc , valvula de comutare trbuie mentinuta in functie pentru a preveni conexiunile in cruce si citirile false ; instrumentul de acest tip devine imprecis daca tubul sau este infundat sau spart .Din acest motiv tubul va fi inspectat frecvent si va fi inlocui ori de cate ori este nevoie . c. Indicatoare de nivel cu tub alunecator si cu tub fix Uzual acest tip de indicatoare sunt specifice cargotancurilor de tip vase sub presiune. Tuburile penetreaza tancurile iar la capete se termina cu valvule care , atunci cand sunt deschise , permit scurgerea unei cantitati reduse de marfa . Daca la terminatia deschisa a tubuluui lichidul se afla in stare de vapori , vaporii vin din valvula , iar daca marfa este lichida este emis un jet fin de lichid . La cargotancuri sunt folosite trei tipuri de indicatoare : indicatoare cu un tub fix care arata ca lichidul a atins un anumit nivel ; indicatoare cu un tub calibrat care poate fi ridicat sau coborat pe verticala printr-o presetupa pentru determinarea nivelului de lichid . Tubul in cauza se numeste " tub alunecator " ; indicatoare cu un tub curb montat in partea inferioara a unui cargotanc cilindric , tub care se poate roti pe axa sa . Nivelul de lichid este indicat pe o scara circulara de pe cargotanc . Aceste instrumente de masura , de o constructie foarte simpla , sunt usor de folosit si necesita o intretinere minima . Cu toate acestea , este necesara respectarea urmatoarelor precautii pe timpul folosirii lor : persoanele care fac masuratorile trebuie sa poarte haine de protectie , iar lichidul pulverizat din valvule terbuie directionat in astfel incat sa nu intre in contact cu oamenii ; presiunea din cargotanc poate impinge foarte puternic un tub alunecator , asa ca persoanele care fac masuratori nu trebuie sa afle pe directia tubului ; in zona trebuie evitata aparitia sau existenta surselor cu flacara deschisa ; 28
la expandarea gazelor prin valvule se poate produce inghetarea acestora . Prevenirea acestui neajuns se realizeaza prin introducerea de antigel ; filetele si garniturile de etansare trebuiesc inspectate , reparate si la nevoie inlocuite , atunci cand acestea prezinta semne de deteriorare ; valvulele trebuiesc protejate impotriva avariilor si mentinute in stare curata , fara nici-un fel de impuritati . a. Indicatoare de nivel ultrasonice Indicatoarele de acest tip functioneaza pe acelasi principiu cu cel al sondelor ultrason . Undele ultrason sunt emise dintr - un emitator amplasat pe plafonul cargotancului si se masoara timpul necesar pentru receptionarea semnalului reflectat . In exploatarea acestui tip de indicator trebuie sa se acorde o atentie deosebita intretinerii emitatoarelor si receptoarelor , precum si calibrarii acestui tip de indicatoare .
3.3 Instalaia de nclzire a mrfii n condiii de temperatur sczut, fraciunile grele din petrol devin vscoase; din acest motiv, pentru a uura ncrcarea i descrcarea, marfa trebuie nclzit la o temperatur rezonabil care s o fac fluid i apt pentru o curgere uoar. Astzi comerul de petrol se desfoar pe o scar foarte larg, de la inuturile cele mai calde pn la regiunile polare. Din aceast cauz petrolierele trebuie dotate cu instalaii de nclzire a mrfii. Sistemul de nclzire a mrfii trebuie s fie capabil s asigure nclzirea, chiar n condiii de temperatur foarte sczut. ntruct un petrolier ncrcat are, n general, un bord liber redus, temperatura apei din zona de navigaie are o importan deosebit pentru nclzirea i meninerea temperaturii mrfii. Apa cu temperatur sczut ngreuneaz foarte mult operaia de nclzire, participnd intens la creterea consumului de combustibil folosit pentru producerea agentului termic. O ap cald are efect invers, ajutnd la meninerea temperaturii mrfii, cu un consum minim de abur. Pentru nclzirea mrfii este folosit aburul produs n cldrile navei. Magistrala aburului de nclzire se ntinde pe puntea navei, de-a lungul zonei de marf, unde, din loc n loc, sunt prevzute manifolduri, pentru colectarea aburului de retur de la fiecare tanc n parte. Fiecare cargotanc este prevzut cu o valvul de introducie i o valvul de evacuare capabile s opreasc sau s reduc, dup caz, intrarea aburului n serpentinele de nclzire montate n cargotancuri. Serpentinele de nclzire sunt dispuse, n general, pe fundul cargotancurilor, la o distan de 150-450 mm fa de bordajul fundului. Practica general este aceea ce n tancurile laterale, serpentinele s fie extinse pn n zona gurnei, dar nu mai mult, pe vertical. Fixarea serpentinelor i a tubulaturilor de introducie-evacuare, n plan orizontal i vertical, este asigurat prin intermediul unor supori i a bridelor metalice. Atunci cnd aburul trece prin serpentine, petrolul aflat n vecintatea acestora se nclzete rapid, ridicndu-se uor ctre suprafaa lichidului; locul acestuia este luat de petrolul rece care la rndul su este nclzit, producnd n acest fel un sistem de circulaie a petrolului n tanc. ntruct tancurile laterale sunt mai expuse la rcire dect cele centrale, n primele trebuie introdus o cantitate de abur mai mare. Produsele petroliere grele sunt uor de manipulat atunci cnd sunt meninute la o temperatur cuprins ntre 490 C-570 C. ieiurile parafinoase trebuie s fie nclzite n timpul transportului pentru a se evita formarea depozitelor excesive de parafin pe suprafeele rcite ale cargotancurilor, dar temperatura produsului nu trebuie s depeasc 300 C. Serpentinele de nclzire montate n cargotancuri din tubulaturi de oel de diverse caliti, funcie de destinaia navei. Astfel, petrolierele care transport ieiuri au serpentinele confecionate din font sau oeluri aliate, pentru a rezista la aciunea coroziv a fraciunilor mai uoare ale ieiului. 29
3.4. Instalaia de ventilare Atunci cnd la nav se ncearc produse volatile, nevolatile, sau balast, n cargotancuri care nu sunt gas-free, prin deschiderile din puntea tancului sau prin sistemul de ventilaie, va exista o emisie continu de vapori. Vaporii de petrol fiind mai grei dect aerul, se pot acumula n concentraii periculoase, mai ales pe timp linitit, pe puntea navei. Acumulrile de vapori de petrol prezint un pericol iminent att din punctul de vedere al riscului de incendiu ct i al toxicitii ridicate a acestora. Instalaia de ventilaie a cargotancurilor are rolul de a controla i asigura dispersia gazelor de petrol, formate n cargotancuri i trebuie s satisfac urmtoarele cerine: S asigure evacuarea presiunii excesive a vaporilor de petrol din cargotancuri; S asigure dispersia sigur, n atmosfera exterioar, a gazelor petroliere formate n cargotancuri; S prentmpine formarea vacuumului total sau parial n cargotancuri, permind intrarea cercului i expulzarea gazelor. La tancurile petroliere sunt folosite de obicei urmtoarele tipuri distincte de sisteme de ventilaie: A. Sistemul de ventilaie independent
Sistemul de ventilaie independent const dintr-un tub metalic cu diametrul de 75mm i nlimea de 1000mm, montat pe rama gurii fiecrui cargotanc. n partea superioar, tubul este acoperit cu un capac demontabil, dar nu restricioneaz ieirea gazelor. Tubul de ventilaie este prevzut cu un ventil cu nchidere prin resort, montat pe la jumtatea nlimii tubului, care se deschide imediat ce presiunea depete o anumit valoare i se nchide imediat ce presiunea a sczut sub aceast valoare. Aceast valvul de presiune mai ncorporeaz o supap, al crui rol este acela de a permite intrarea gazului inert n cargotanc i a preveni n acest mod crearea vacuumului. Avantajul acestui sistem const n principal din costul redus al instalaiei; ntruct nu folosete cantiti mai mari de material i montaje dificile, dar prezint dou dezavantaje majore: La manipularea produselor petroliere volatile, evacuarea vaporilor nu se face la o nlime suficient de mare, pentru a asigura o dispersie rapid a acestora. Valvula de presiune/vacuum se poate gripa, caz n care nu-i mai exercit funcia, fr s dea vreo indicaie n acest sens. B. Sistemul de ventilaie comun
Acest tip de sistem de ventilaie const dintr-o tubulatur colectoare, fixat pe supori, care se ntinde pe toat lungimea punii n seciunea de marf a navei i dintr-un numr de tubulaturi care deservesc fiecare cargotanc. Unul din capetele tubulaturii magistrale este obturat prin flan oarb, iar captul liber este introdus, direct sau prin ramificaie, n deschideri special amenajate, la baza catargelor navei. Fiecare catarg are montat la baz o valvul de presiune/vacuum care asigur controlul evacurii gazelor i ptrunderea gazului inert. Fiecare cargotanc are montat pe tubulatura de evacuare a gazelor cte o valvul pentru izolarea fiecrui tanc. Acest sistem are avantajul c asigur evacuarea gazelor prin vrful catargului, la o nlime considerabil fa de nivelul punii, fapt care asigur o foarte bun dispersie a acestora. Sistemul, ns, prezint i urmtoarele dou dezavantaje: Creeaz posibilitatea contaminrii mrfii, prin sistem, n cazul transportrii mai multor sorturi de marf simultan;
30
n cazul n care valvula de presiune/vacuum se defecteaz sau se gripeaz pe poziia deschis, evaporarea afecteaz ntregul sistem de marf, iar pierderile sunt foarte importante. C. Sistemul de ventilaie de tip grupat
Tancurile moderne, n cele mai multe cazuri, cu sistemul de ventilaie mprit aproximativ n aceeai manier ca i sistemul de pompare. n acest caz, pentru ventilaie este prevzut cte o tubulatur i un opritor de flacr pentru fiecare seciune de tancuri iar fiecare cargotanc este deservit de cte o valvul de presiune/vacuum. Problema ventilaiei pe timpul ncrcrii i descrcrii petrolierului este de o extrem importan din punctul de vedere al siguranei. Un numr mare de accidente care se produc la petroliere, prin aprinderea petrolului sau a gazelor inflamabile, sunt datorate lipsei sau defectrii sistemului de ventilaie. 3.5 INSTALATIA DE GAZ INERT Arderea poate avea loc daca sunt indeplinite cele trei conditii (triunghiul de foc) : exista un material combustibil , exista oxigen in cantitate suficienta pentru a intretine arderea , si exista o sursa de aprindere . O sursa de aprindere poate initia arderea numai in cazul in care concentratia amestecului gazos se situeaza intre anumite limite , numite limite de inflamabilitate (sau explozie) . Rezultatul este o crestere brusca a temperaturii si presiunii . Materialul inflamabil (respectiv insasi marfa !) nu poate fi inlaturat din triunghiul focului ; sursele de aprindere existente la bord pot fi reduse (dar nu eliminate in totalitate !) ; in schimb cel de al treilea element al triunghiului , si anume oxigenul , poate fi redus cantitativ pana sub limita la care sa poate intretine arderea (se urmareste reducerea la minim a perioadelor in care concentratia gazelor combustibile din atmosfera tancului se situeaza intre limitele de explozie ) . Acest lucru se realizeaza prin utilizarea sistemului de gaz inert , sistem a carui principala menire este de a elimina riscul de foc si explozie pe tancurile petroliere si de produse chimice . Pentru prevenirea si stingerea incendiilor se pot folosi si alte gaze inerte , cum ar fi cele rare : heliu (He) , neon (Ne) , argon (Ar) , Cripton (Kr) insa aceste gaze sunt foarte scumpe si nu se justifica economic utilizarea lor pentru inertarea tancurilor . Un alt gaz folosit insa din motive economice doar la inertarea tancurilor care transporta gaze lichefiate , este azotul pur (N2) Desi sistemul de gaz inert a fost folosit inca din 1925 pe nave petroliere in SUA , de abia dupa 1963 navele noi au inceput sa fie dotate cu aceasta instalatie si din punct de vedere legal , de abia din 01 mai 1985 apare obligativitatea petrolierelor mai mari de 20000 tdw de a fi dotate cu instalatie de gaz inert . Prin Protocolul SOLAS 1978 si apoi prin Amendamentele din 1981 si 1983 se aduc noi precizari privind proiectarea , functionarea , intretinerea , verificarea etc a sistemelor de gaz inert destinate atat tancurilor petroliere , cat si tancurilor de produse chimice in vrac . Definitii - Combustibil (sau inflamabil) (referitor la un lichid, amestec gazos sau alt material)- capabil de a se aprinde sau arde . In cazul tancurilor ce transporta produse petroliere , substantele inflamabile sunt hidrocarburi. - Domeniu de explozie (interval de inflamabilitate) domeniul de concentratii ale substantelor inflamabile in amestecul format de acestea (daca sunt gazoase) sau vaporii acestora cu aerul , domeniu situat intre limita inferioara de inflamabilitate (explozie) si limita superioara de inflamabilitate (explozie). Acest amestec gazos este inflamabil. - Limita inferioara de inflamabilitate (de explozie)(Lower flammable limit LFL sau Lower Explosive Limit LEL) concentratia gazelor inflamabile in amestecul 31
format de acestea cu aerul sub care substanta inflamabila (care arde) este in cantitate insuficienta pentru a putea intretine sau propaga arderea . - Limita superioara de inflamabilitate (de explozie) (Upper Flammable Limit UFL sau Upper Explosive Limit UEL) concentratia gazelor inflamabile in amestecul format de acestea cu aerul peste care exista insuficient aer (deci insuficient oxigen) pentru a intretine sau propaga arderea. - Conditii inerte (Inert Conditions) referitoare la atmosfera din tancuri situatie in care in atmosfera tancului concentratia oxigenului este mai mica sau egala cu 8% vol , conditii realizate prin introducerea unui gaz inert ; in aceste conditii amestecul gazos nu poate initia sau propaga arderea - Gaz Inert (Inert Gas) un gaz care este chimic inactiv si care este incapabil de a reactiona cu alte substante sau de a permite desfasurarea oricarei reactii chimice . Gazul inert folosit pentru prevenirea incendiilor in tancuri este o substanta gazoasa sau un amestec de gaze , cum ar fi gazele de evacuare (ardere) , care contin insuficient oxigen pentru a intretine arderea substantelor inflamabile (hidrocarburilor) - Sistem de gaz inert (Inert Gas System) o instalatie de gaz inert impreuna cu sistemul de distributie al gazului inert , mijloacele de prevenire a patrunderii gazelor din cargotancuri in sala masinilor , instrumentele de masura fixe si portabile si aparatele de control - Instalatia de gaz inert (Inert Gas Plant) toate echipamentele special instalate pentru producerea , racire , comprimarea , supravegherea si controlul debitarii gazului inert spre cargotancuri - Sistem de distributie al gazului inert (Inert Gas Distribution System) toate conductele , valvulele si armaturile ce folosesc la distributia gazului inert in cargotancuri si la evacuarea gazului in atmosfera , pentru a proteja tancurile de suprapresiune sau de vid excesiv - Gaz petrolier (Petroleum Gas) amestecul de substante gazoase degajate de titei sau de produsele petroliere obtinute din titei . Este format in principal din hidrocarburi dar poate contine si alte gaze ca : hidrogen sulfurat , alchil de plumb etc. - Presiune reala de vapori (True Vapour Pressure) presiunea absoluta exercitata de gazele produse prin evaporarea unui lichid , atunci cand se atinge , la temperatura respectiva , starea de echilibru si raportul gaz/lichid este efectiv zero . Este presiunea maxima a vaporilor ce poate fi atinsa la temperatura respectiva - Presiunea de vapori Reid (Reid Vapour Pressure) presiunea vaporilor in echilibru cu lichidul , determinata in conditii standard , cu aparatul Reid , la temperatura de 37.80C (1000F) si la un raport volumetric 4 : 1 (citirea manometrului se face dupa de 20 minute) - Temperatura (punctul) de inflamabilitate (Flashpoint) temperatura cea mai scazuta la care , in conditii determinate si la presiune 760 torri (mm Hg) , lichidul elibereaza suficienti vapori pentru a forma un amestec cu aerul ce se aprinde de la o flacara deschisa . Pentru determinarea in laborator a temperaturii de inflamabilitate se folosesc aparate cu vas inchis (closed cup) sau cu vas deschis (open cup). La exprimarea temperaturii de inflamabilitate se va preciza obligatoriu tipul de aparat cu care s-a facut determinarea . - Produse petroliere volatile (Volatile petroleum) titei sau produse obtinute din titei ce au un punct de inflamabilitate sub 60 0C , determinat cu aparat cu vas inchis . Din aceasta categorie fac parte cele mai multe sortimente de titei , combustibili pentru turboreactoare , benzinele ) - Produse petroliere nevolatile (Non-volatile petroleum) titei sau derivate ale acestuia ce au un punct de inflamabilitate mai mare de 60 0C, determinat cu aparatul cu vas inchis . Aceste lichide produc , la echilibru , la temperaturile obisnuite de depozitare , transport si manipulare , concentratii ale amestecurilor gazoase ce se situeaza sub limitele lor inferioare de inflamabilitate . In aceasta categorie intra combustibili reziduali si combustibili distilati folositi in motoarele Diesel . Presiunea de 32
vapori Reid a acestor produse este sub 0.007 bar si din acest motiv nu este uzual masurata si evidentiata in buletinul de analiza . 3.5.1 TIPURI DE SISTEME DE GAZ INERT In toate cazurile de obtinere a gazului inert , acesta rezulta prin arderea unui combustibil . Calitatea gazului va depinde atat de natura combustibilului cat si de conditiile de ardere . Cand se folosesc gazele de evacuare de la caldarile principale sau auxiliare se poate ontine , in general , un gaz inert cu un continut de oxigen sub 5% vol. , depinde de modul cum este controlata arderea si de gradul de incarcare al caldarilor . In cazul in care instalatia de gaz inert lucreaza cu un generator independent , continutul de oxigen poate fi controlat automat si mentinut strict intre anumite limite , in mod uzual 1.5-2.5% vol si in mod normal nu va depasi niciodata limita de 5% din volum . Arderea combustibililor marini si in special a celor reziduali are loc cu tendinta de formare de funingine , de aceea pentru a obtine o ardere cat mai buna trebuie sa se asigure : - o pulverizare cat mai fina , pentru a avea o suprafata de evaporare si ardere cat mai mare ; pentru a realiza acest lucru vascozitatea combustibilului trebuie sa fie suficient de redusa - un amestec cat mai omogen aer/combustibil - o vaporizare cat mai eficienta obtinuta prin recircularea gazelor fierbinti in zona conului de pulverizare si prin preincalzirea aerului introdus in focar - un exces de aer 10-20% mentinut la valoarea cea mai mica la care arderea are loc fara fum Combustibilii marini contin pe langa hidrocarburi si compusi cu alte elemente : compusi cu sulf , compusi cu azot , substante minerale si compusi organo-metalici . Prin oxidarea acestora se formeaza SO2 (dioxod de sulf) , si in mai mica masura SO3 (trioxid de sulf) , oxizi de azot (NO si NO2) , cenusa . Oxizii sulfului reactioneaza cu apa rezultand acid sulfuros si acid sulfuric , acizi puternici care ataca metalele producand corodarea severa a instalatiilor . Eliminarea lor se face prin dizolvare in apa de mare , proces ce are loc in epuratorul de gaze (scrubber) . La temperatura de 150C se poate elimina pana la 99% din cantitatea de oxizi de sulf continuta in gazele de ardere . Pentru eliminarea avansata a oxizilor sulfului , cat si pentru neutralizarea apelor de spalare (care devin puternic acide producand coroziune si poluarea mediului la deversarea peste bord) in unele instalatii se folosesc pentru absorbtie solutii de carbonat de sodiu (in urma reactiei de neutralizare vor rezulta sulfiti si sulfati de sodiu , nevatamatori pentru mediu). Monoxidul de azot (NO) si dioxidul de azot (NO2) nu se pot elimina din gazul inert . Desi toxici , acesti compusi se afla in proportie mica in gazul inert , ponderea cae mai mare avand-o monoxidul de azot care este mai putin toxic . La un exces mic de aer se formeaza si monoxid de carbon (CO) gaz toxic care la 1500-2000 ppm produce intoxicatii iar la 4000 ppm provoaca moarte rapid . CO nu poate fi redus sub 1000 ppm. Solidele , sub forma de cenusa sau funingine , sunt nedorite deoarece se pot depune in conducte sau ventilatoare sau pe scaunele valvulelor . Ele acumuleaza umiditate si devin corozive . Impuritatile solide pot fi in proportie de 500 mg/m3 dar peste 98.5% din ele pot fi eliminate daca dimensiunile lor sunt mai mari de 0.001 mm. Pentru a putea fi trimise in sistemul de distributie , gazele inerte , dupa spalare vor fi uscate si racite. Temperatura gazului nu trebuie sa depeseasca cu mai mult de 5 0C temperatura apei de mare folosita in scrubber . Compozitia aproximativa a unui gaz inert obtinut din ardere este : - O2 in concentratie de 3-4% (max 5%) pentru gazele provenite de caldari si poate ajunge pana la 0.5% pentru celelalte surse de gaz inert - CO2 intre 13.5 si 15% vol - SO2 mai putin de 150 ppm (dupa scrubber) 33
- N2 diferenta METODE DE INLOCUIRE A GAZELOR DIN TANCURILE DE MARFA Exista trei operatiuni in care se impune inlocuirea gazelor existente din tancurile de marfa cu altele : - inertarea introducerea de gaz inert in scopul obtinerii unei atmosfere inerte - purjare introducerea de gaz inert suplimentar in scopul reducerii continutului de hidrocarburi sub o anumita limita (daca se urmareste degazarea tancurilor , atunci purjarea se va face pana la obtinerea unei concentratii de hidrocarburi sub 1%) - degazarea tancurilor se introduce aer proaspat pana la indepartarea tuturor gazelor de hidrocarburi si atingerea unei concentratii de oxigen de 21 % . De regula sunt necesare 3-5 schimburi de volum complete pentru a atinge conditia de gas free In toate situatiile de mai sus , inlocuirea gazului existent in tancuri se poate realiza prin dilutie sau prin dislocuire. (vezi Spalarea tancurilor Operatii de gas free + fig 2) Cerinte impuse instalatiilor de gaz inert Destinatia principala a instalatiei de gaz inert o constituie protectia tancurilor de marfa impotriva incendiilor si exploziilor . In plus se asigura o reducere a coroziunii si o crestere a capacitatii de pompare . Navele prevazute cu instalatie de gaz inert : - trebuie sa fie in conditii inerte tot timpul , cu exceptia situatiilor cand este necesara degazarea tancurilor in vederea inspectiei sau lucrului in tanc - trecerea de la atmosfera inerta la conditia de gas free trebuie sa se faca fara a se traversa domeniul de inflamabilitate , aceasta insemnand ca inainte de a se trece la introducerea aerului , atmosfera din tanc trebuie purjata cu gaz inert pana cand concentratia hidrocarburilor trece sub linia de dilutie critica cu aer (HC
