История танкеростроения


Развитие отрасли танкеростроения тесно связана с добычей полезных ископаемых таких как нефть, газ, газоконденсат и других попутных компонентов. Промышленной добычи газа предшествовала промышленная добыча нефти в мире, в связи с этим связано появление первых судов для перевозки сырой нефти.

Нефтеналивной транспорт появился на Волге и Каспии в 70-х годах XIX столетия. В 1873 году первыми в нефтеналивном флоте были парусная шхуна «Александр» и речная баржа братьев Н.И. и Д.И. Артемьевых с отделениями в трюмах для нефти, а в 1878 году был построен первый в мире танкер-теплоход «Зароастр» грузоподъемностью 250 тонн. В то же время сооружаются первые две металлические нефтеналивные баржи по 560 тонн каждая. В1882 году наши отечественные инженеры создают танкер «Спаситель»-прототип современных танкеров, машинное отделение на котором было вынесено на корму.

В.Г. Шухов применил созданную им теорию работы балки на упругом основании к постройке железных нефтеналивных барж. Под руководством В.Г. Шухова была спроектирована и построена первая в России современная по конструкции стальная нефтеналивная баржа. По его разработкам построены классические конструкции металлических плавающих гигантов- нефтеналивных барж длиной 170 м, грузоподъемностью 18 тысяч тонн. К 1909 году по Волге плавало более 16 тысяч наливных судов общей грузоподъемностью около 3,5 млн. тонн. Утечки и потери нефти и нефтепродуктов, составлявшие при перевозках в бочках 7-10%, сократились до 2%, а стоимость перевозок нефти снизилась в 10 раз.

Первые сведения о перевозках сжиженных газов морем относятся к 1929-1931 гг., когда компания Шелл временно переоборудовала, танкер «Megara» дедвейтом около 11 тыс. тонн в судно для перевозки сжиженного газа и построила в Голландии судно «Agnita» дедвейтом 4,5 тыс. тонн, предназначенное для одновременной перевозки нефти, сжиженного газа и серной кислоты.

На судне «Agnita» (рис. 1) в 12 грузовых танках было установлено 12 вертикальных цилиндрических цистерн, выступающих над верхней палубой. Пространство в танках, не занятое цистернами, заполнялось нефтепродуктами. Главным двигателем служил дизель, позволявший судну развивать скорость около 13 узлов. Танкер «Agnita» перевозил сжиженные газы с о. Кюрасао (Карибское море) в западноевропейские страны. Во время второй мировой войны это судно погибло.

Рис. 1. Нефтегазовоз «Agnita»

Широкое развитие морские перевозки сжиженных газов получили лишь после окончания второй мировой войны. Первоначально для перевозок использовались суда , переоборудованные из танкеров или сухогрузных судов. Так, в 1947 г. был переоборудован танкер «Esso el Salvador» (рис. 2).

Рис.2. Нефтегазовоз «Esso el Salvador»

Корпус танкера удлинили на 4,8 м и в 8 грузовых танках установили 8 горизонтальных цилиндрических систем длиной 6,1м и диаметром 4,5 м. Общая вместимость цистерн составляла 780 м3. Остальное пространство в танках заполнялось нефтью.

После переоборудования танкер имел следующие основные элементы:

Наименование показателяЗначение
Длина между перпендикулярами, м77,7
Ширина, м13,9
Осадка, м4,5
Дедвейт, т2270
Скорость хода, узл.10


Судно «Esso el Salvador» эксплуатировалось в Карибском море.

В 1947-1949 гг. для норвежских судовладельцев было переоборудовано несколько сухогрузных судов в суда для перевозки сжиженных газов. Переоборудование заключалось в том, что в трюмах этих судов устанавливались вертикальные цилиндрические цистерны, горловины которых выводились на верхнюю палубу. Количество устанавливаемых в трюмах судна цистерн достигало 68. Примером может служить судно «Mundogas West» (рис. 3), переоборудованное в 1947 из американского стандартного сухогрузного судна типа С1-А постройки 1944 г.

В трех носовых и двух кормовых трюмах судна установили 68 вертикальных цилиндрических цистерн общей вместимостью 6250 м3. Цистерны устанавливались по четыре в ряд. При этом две средние выступали над верхней палубой, а у бортовых на палубу выводились лишь горловины.


Основные характеристики судна:

Наименование показателяЗначение
Длина между перпендикулярами, м119,0
Ширина, м18,3
Осадка, м7,5
Дедвейт, т5440
Водоизмещение, т11 900

Рис. 3. Газовоз «Mundogas West»

Главным двигателем служила паровая турбина мощностью 4450 л. с., позволяющая судну развивать скорость хода 14 узлов.

Круг стран, заинтересованных в развитии морских перевозок газа, из года в год расширялся. В 1952 г. во Франции в экспериментальных целях был переоборудован танкер «Shellphalte» дедвейтом около 3,5 тыс. тонн. В центральном танке этого судна была установлена цилиндрическая цистерна для бутана. В 1962 г. на этом судне установили изолированную цистерну для перевозки газа в охлажденном состоянии.

Первым специально спроектированным газовозом явилось построенное в 1953 г. в Швеции для датских судовладельцев судно «Rasmus Tholstrup»(рис. 4), которое имеет следующие основные элементы и характеристики:

Наименование показателяЗначение
Длина между перпендикулярами, м45,90
Ширина, м10,10
Осадка, м3,65
Дедвейт, т445
Грузоподъемность, м3670
Скорость хода эксплуатационная, узл.10,5


Рис. 4 Газовоз «Rasmus Tholstrup»

Сжиженный газ перевозится на судне в 12 вертикальных цилиндрических цистернах, установленных в трюме в два ряда. Цистерны, диаметром 3,3 и высотой 7,1 м, рассчитаны на давление 28 кг/см2, толщина обшивки цистерн 34 мм.

Главный двигатель судна – дизель МАН максимальной мощностью 520 л.с. при 375 об/мин.

Первые газовозы как специальной постройки, так и переоборудованные из судов других типов, предназначались для перевозки сжиженных нефтяных газов (пропан и бутан) и аммиака в цистернах высокого давления. Накопленный опыт проектирования, постройки и эксплуатации первых гзовозов позволил перейти к поискам наиболее выгодных способов транспортировки названных газов.

В 1959 г. в Франции был построен газовоз «Descartes» (рис. 5), перевозивший сжиженный газ в изолированных горизонтальных цилиндрических цистернах комбинированным способом, т.е. под небольшим давлением с соответствующим охлаждением.

Рис. 5. Газовоз «Descartes»

В конце 1961г. в Японии был построен газовоз «Bridgestone Maru», предназначенный для перевозки сжиженного газа, охлажденного до температуры кипения, в восьми изолированных танках.

Перевозка метана, который может сохраняться в сжиженном состоянии лишь в условиях глубокого охлаждения (до минус 161оС), начались значительно позже, чем перевозки бутана, пропана и аммиака. Экономические и технические исследования возможности транспортировки метана в сжиженном виде на судах начались в 1950 г., когда американцами был разработан проект перевозки сжиженного метана на специальных баржах по р. Миссисипи из Луизианы к холодильникам скотобоен в Чикаго. В 1954 г. закончилась постройка первых двух барж. Однако разрешение на их эксплуатацию получено не было, и они в течении почти пяти лет использовались для проведения всевозможных экспериментов и испытаний по программе, включающей океанские перевозки сжиженного метана.

Проведенные исследования позволили выработать предварительные требования к конструкции судов, перевозящих газы при низкой температуре, и приступить к постройке экспериментального судна для перевозки сжиженного метана.

В 1958 г. на верфи в г. Мобил (США) началось переоборудование сухогрузного судна «Normarti» в судно перевозки метана. Переоборудование проводилось в соответствии с временными требованиями Береговой охраны США и было согласовано с Американским бюро судоходства и Английским Регистром Ллойда. Стоимость переоборудования судна составила около 3 млн. долларов. В начале 1959 г. первое судно для перевозки метана, получившее название «Methane Pioneer» (рис. 6), с грузом около 2000 т сжиженного газа на борту вышло в рейс из США в Англию.

Судно совершило 7 опытных рейсов с грузом сжиженного метана (табл. 1).

Рис. 6. Газовоз «Methane Pioneer»

Таблица 1 Результаты первых семи рейсов экспериментального метановоза «Methane Pioneer»

Номер рейсаПройденное расстояние, милиСредняя скорость, узл.Время разгрузки, час.Количество перевозимого метана, тКоличество принимаемого балласта, тСуточное испарение газа, %
15064
5238
9,42
8,80
-2224
86
-
2105
0,450
-
24919
5083
9,87
9,77
182224
130
1502
1500
0,450
-
34937
4768
10,33
9,52
182206
-
920
2100
0,440
-
44832
5183
10,60
10,93
122218
153
960
913
0,474

54899
5310
10,08
10,50
122228
184
917
917
0,490
-
65009
5560
9,25
9,19
271835
60
1963
2105
0,536
-
74965
5224
10,32
10,10
161357
-
896
1480
0,480
-


В процессе переоборудования судна с целью увеличения его грузоподъемности была увеличена высота борта. Ухудшение начальной остойчивости из-за этого компенсировалось во время рейсов приемом водяного балласта в цистерны двойного дна.

Сжиженный метан перевозился на судне в пяти изолированных цистернах из алюминиево-магниевого сплава, установленных в двух трюмах.

В феврале 1962 г. начались испытания французского экспериментального «Beauvais», переоборудованного из американского стандартного сухогрузного судна типа «Liberty» и предназначен для опытных перевозок сжиженного метана.

Целью переоборудования являлась проверка в условиях эксплуатации различных конструкционных материалов, применяемых для изготовления цистерн, а так же проверка различных теплоизоляционных материалов, насосов и т.п. На судне были установлены три цистерны – прямоугольной, цилиндрической и сложной формы (так называемой многодолевой). Общая емкость этих цистерн составила около 700 м3. Прямоугольная и цилиндрическая цистерны были изготовлены из алюминиевого сплава AG-4, а многодолевая – из стали с 9%-ным содержанием никеля. В качестве изоляции испытывались различные и пористые материалы, бальзовое дерево и асбест.

В Советском Союзе перевозки сжиженного газа начались в декабре 1960г., когда в первый рейс вышел танкер «Фрунзе», переоборудованный для одновременной перевозки нефти и аммиака. Переоборудование танкера заключалось в установке на палубе железнодорожных цистерн для аммиака, закрепленных на специальных фундаментах с седлами.

Танкер «Фрунзе» является серийным танкером типа «Казбек» и имеет следующие основные элементы:

Наименование показателяЗначение
Длина между перпендикулярами, м138,0
Ширина, м19,2
Осадка, м8,5
Высота борта, м10,4
Мощность главных двигателей, л.с.4000
Скорость хода эксплуатационная, узл.13,0


Железнодорожные цистерны для аммиака в количестве 21 ед. размещены на судне тремя группами. Первую группу разместили в нос от средней рубки, вторую и третью - в корму. В связи с установкой цистерн непосредственно на палубе надводный борт судна был увеличен до 3,0 м (против 1,9м у однотипных танкеров, перевозящих нефть и нефтепродукты) и установлен неизменным как для зимних, так и для летних условий. Суммарный вес цистерн составил 420 тонн. Для нормальной удифферентовки и обеспечения судну достаточной остойчивости в носовой балластный отсек принято 110 тонн постоянного балласта.


Дедвейт и грузоподъемность танкера «Фрунзе» в процессе переоборудования изменились следующим образом:

ПоказательДо переоборудованияПосле него
Дедвейт, т118009490
Грузоподъемность, т--
По нефти102907000
По аммиаку-560-580


Установленные на судне цистерны характеризуются следующими данными:

ПоказательВеличина
Длина, мм9990
Диаметр, мм2600
Толщина стенок, мм26
Рабочее давление, кг/см220
Пробное гидравлическое давление, кг/см230
Емкость, м351
Вес, т20


В каждую цистерну можно принять 26-28 тонн жидкого аммиака.

Первые специализированные газовозы «Кегумс» и «Краслава» (рис. 7), построенные по заказу Советского Союза в Японии, вступили в строй в 1965г. Каждое судно перевозит в четырех сверических цистернах примерно по 1000 тонн сжиженных газов (пропана и бутана).

Рис. 7. Газовоз «Кегумс».

К 1966 году сформировались три основных типа судов для перевозки сжиженных нефтяных газов и аммиака, а именно:

  • с прочными цистернами, рассчитанными на перевозку газа, сжиженного путем повышения давления при нормальной температуре;
  • с изолированными цистернами, рассчитанными на перевозку газа, сжиженного путем некоторого повышения давления с соответствующим охлаждением;
  • с изолированными цистернами, рассчитанными на перевозку газа, сжиженного путем охлаждения до температуры кипения при нормальном давлении.

Суда для перевозки сжиженного бутана и пропана, а так же аммиака обычно объединяют под общим названием «Суда для перевозки сжиженных нефтяных газов» (Liquid Petroleum Gas-LPG-carriers), так как физико-химические свойства аммиака, хотя он и не входит в состав попутных нефтяных газов, близких к свойствам пропана и бутана.

По форме устанавливаемых на судно цистерн газовозы могут быть разделены на суда, оборудованные цилиндрическими, сферическими и прямоугольными цистернами. Поскольку природный газ представляет собой в основном метан (содержание до 98%), то и суда для перевозки метана сжиженного природного газа (Liquid Natural Gas-LNG-carriers). К этим же судам можно отнести суда для перевозки сжиженного этана и этилена, т. к. их свойства довольно близки к свойствам метана.

В современном танкеростроении метановозы представляют собой суда с кормовым расположением машинного отделения и надстройки, двойным дном, с двойными бортами и цистернами изолированного балласта. Газ, сжиженный при атмосферном давлении, перевозится в термоизолированных и вкладных мембранных и полумембранных танках (мембрана – тонкая металлическая оболочка, опирающаяся через несущую изоляцию на внутреннюю обшивку корпуса). Материал танков – алюминиевые сплавы, стали, легированные никелем и хромом, специальные сплавы (например, инвар с 36% никеля). Вкладные танки имеют различную форму, включая сферическую, цилиндрическую и призматическую.

Можно выделить три типа танкеров для перевозки СПГ: сферической («Moss»); мембранной; структурной призматической. Они различаются конструкцией емкостей для хранения СПГ. Широкое применение для морской транспортировки СПГ нашли газовозы сферической («Moss») и мембранной конструкции.

«Моss» танкера имеют характерные, раздельные сферические грузовые танки, обычно изготовленные из алюминия, которые не имеют внутренних конструктивных элементов или переборок. Эти танки поддерживаются металлическими кольцевыми юбками, укрепленными на экваторе специальным образом, позволяющем сфере расширяться и сжиматься свободно. Танки самостоятельны, независимые и не являются деталью конструкции корпуса корабля.

В январе 2008 года был построен газовоз «Гранд Анива» (рис.8), на верфях «Мицубиси Хеви Индастриз» в Нагасаки для совместного японско-российского предприятия «Ниппон Юсен Кабусикигайся» и российской судоходной компании ОАО «Совкомфлот». Танкер «Гранд Анива» был разработан для эксплуатации в условиях низких температур с целью круглогодичной навигации с Сахалина и имеет четыре сферических танка. Он зафрахтован компанией «Сахалин Энерджи» на долгосрочной основе и используется для транспортировки СПГ потребителям Азиатско-Тихоокеанского региона. Своё название судно получило от названия залива Анива, где расположен завод по производству СПГ компании «Сахалин Энерджи».


Этот танкер ледового класса имеет грузовместимость около 145 000 м³ сжиженного природного газа.

Наименование показателяЗначение
Длина между перпендикулярами, м274,0
Ширина, м49,0
Осадка, м11,4
Высота борта, м26
Мощность главных двигателей, л.с.32090
Скорость хода эксплуатационная, узл.19,5
Дедвейт, т71200
Экипаж, чел.14


Рис. 8. Газовоз «Гранд Анива».

Танкеры-газовозы «Гранд Елена» построенный 2007г. и «Гранд Мерея» построенный в 2008г. в Японии, обладают схожими параметрами.

Мембранные танкера отличаются от «Моss» тем, что в них используются гибкие стальные мембраны, толщиной приблизительно 1 мм, для хранения груза. Мембраны окружены изоляционным материалом, приложенным непосредственно к двойному корпусу корабля, и вес груза передается через изоляцию и воспринимается конструкцией корабля. Конструкция требует основной и вторичной мембраны. Между основной и вторичной мембраной есть теплоизоляция, а между вторичной мембраной и внутренним корпусом корабля свободное пространство. Это пространство продувается азотом и постоянно контролируется на наличие газа или изменение температуры.

Существует три основных типа мембранных танкеров. Проект «GazTransport», в котором используются плоские пластины из инвара (сплав железа с никелем) для основной мембраны. Проект «Technigaz», в котором используется гофрированная мембрана из легированной стали, и проект «CS1», в котором инварные панели из системы «GazTransport», выполняющие роль первичной мембраны, сочетаются с трехслойными мембранами «Technigaz» (листовой алюминий, помещенный между двумя слоями стеклопластика) в качестве вторичной изоляции.

Из реализованных в последние годы проектов можно выделить следующие направления в повышении эффективности морских перевозок СПГ:

  1. Увеличение вместимости LNG-танкеров;
  2. Увеличение доли судов с танками мембранного типа;
  3. Использование в качестве судовой энергетической установки дизельных двигателей;
  4. Появление глубоководных LNG-терминалов.

В декабре 2008 года в был введен в эксплуатацию LNG-танкер Mozah (Рис. 9), типа Q-Max, головной в серии из 14-ти судов, вместимостью 266 тыс. куб. м. Его вместимость больше на 80%, по сравнению с крупнейшими существующими судами. Одновременно с постройкой танкеров типа Q-Max, на южнокорейских верфях были размещены заказы на строительство 31-го судна типа Q-Flex, вместимостью по 210-216 тыс. куб. м, что почти на 50% больше, чем у существующих судов.

Рис. 9. Газовоз «Mozah».

В январе 2014 года спущен на воду танкер-газовоз «Великий Новгород» (рис. 10) ледового класса Ice2 по классификации PMPC, обладающий вместимостью около 170 000 м3, имеет типоразмер Atlantivmax, построенный южнокорейской корпорацией STX Offshore & Shipbuilding Co. Ltd для российской компании «Совкомфлот».

Судно оснащено дизель-электрической силовой установкой, которая может работать на разных видах топлива: СПГ, мазуте, газойле. На борту есть достаточное количество помещений для отдыха, сауна, бассейн, фитнесс-центр и прочие удобства.

Наименование показателяЗначение
Длина, м300,0
Ширина, м45,8
Осадка, м12,5
Высота, м26,0
Скорость хода эксплуатационная, узл.19,5
Экипаж, чел.26-29


Рис. 10. Газовоз «Великий Новгород».

Строительство современного танкера газовоза на крупнейших верфях мира составляет в среднем полтора – два года.

По информации Samsung Heavy Industries, на чьей верфи был построен Mozah в обозримом будущем вместимость LNG-танкеров не превысит 300 тыс. куб. м, что связано с технологическими сложностями их постройки. Увеличение вместимости судов типов Q-Max и Q-Flex достигнуто только за счет роста длины и ширины корпуса, при сохранении стандартной для крупных LNG-танкеров осадки в 12 метров, что определяется глубинами у существующих терминалов. В ближайшие годы появится возможность эксплуатировать газовозы с осадкой 20-25 м, что позволит увеличить вместимость до 350 тыс. куб. м и повысить ходовые качества за счет улучшения гидродинамических обводов корпуса. Это также сократит стоимость строительства, так как большие по вместимости танкеры можно будет строить без увеличения размера доков и стапелей.