20
26 STRUČNI RAD plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018. PLUTAJUĆI LNG-TERMINAL: PREGLED OSNOVNIH TEHNIČKIH PROBLEMA RADI SIGURNOG OSNIVANJA, INSTALACIJE, EKSPLOATACIJE I ODRŽAVANJA Sažetak: U članku je prikazana tehnička pozadina ključnih problema koje valja razmotriti pri osnivanju i instalaciji plutajućih terminala ukapljenoga prirodnog plina (LNG), radi njihove sigurne eksploatacije, održavanja i upravljanja. Na temelju dugogodišnje participacije autorâ u rješavanju spomenutih tehničkih problema, izradi naprednih istraživačkih studija, razvoju novih metodologija i procedura, provjeri i odobrenju izvedbe, praćenju izgradnje i instalacije plutajućih plinskih terminala diljem svijeta te na temelju motivacije vezane za trajnu i danas vrlo aktualnu težnju Republike Hrvatske za izgradnju LNG- terminala, dan je pregled osnovnih tehničkih znanja nužnih za racionalno donošenje odluka u postupku instalacije ovako složenih tehničkih sustava. U tom smislu, uz opis osnovnih značajka LNG-a i njegova transportnog lanca, detaljnije su obrađeni skladištenje LNG-a u različitim patentiranim sustavima na brodovima i primjena direktnih proračuna u osnivanju brodova za prijevoz ukapljenog plina: analizom vanjskoga valnog opterećenja na konstrukciju broda te njegova utjecaja na ponašanje tekućeg tereta, analizom zapljuskivanja ( sloshing) u spremnicima LNG-a, analizom sidrenih sustava te ulogom hidroelastične analize pri dimenzioniranju i ocjeni sigurnosti konstrukcije LNG-brodova, koja nudi fizikalno točniju idealizaciju problema, a time i višu razinu točnosti pri osnivanju te eksploataciji LNG- plovila. Spomenuti problemi rješavani su složenim numeričkim alatima u skladu sa suvremenim projektnim metodologijama, preporučenim i odobrenim od vodećih svjetskih klasifikacijskih društava. Ključne riječi: LNG, plutajući terminal, FL- NG, FSRU, FPSO, regasifikacija, izolacijski sus- tavi, hidrodinamika, zapljuskivanje, sidrenje, hidroelastičnost Autori: Mirela Zalar 1 , mag. ing., doc. dr. sc. Nikola Vladimir 2 1 KNIPER Maritime Consultancy, Paris, France; [email protected] 2Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilista u Zagrebu; [email protected] Rad se temelji na dugogodišnjem teorijskom i praktičnom radu autorâ na spomenutoj tematici, od kojih valja istaknuti važnu ulogu prve autorice u razvoju novih metodologija te njezinu participaciju na tehnički iznimno zahtjevnima praktičnim LNG-projektima od kojih su najvažniji spomenuti u uvodu rada.

PLUTAJUĆI LNG-TERMINAL: PREGLED OSNOVNIH TEHNIČKIH ... · Floating LNG Terminal, for as much the decision-making process itself. This work gives an insight to the main features

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

  • 26

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    PLUTAJUĆI LNG-TERMINAL:PREGLED OSNOVNIH TEHNIČKIH PROBLEMA RADI SIGURNOG OSNIVANJA, INSTALACIJE,

    EKSPLOATACIJE I ODRŽAVANJA

    Sažetak:

    U članku je prikazana tehnička pozadina ključnih problema koje valja razmotriti pri osnivanju i instalaciji plutajućih terminala ukapljenoga prirodnog plina (LNG), radi njihove sigurne eksploatacije, održavanja i upravljanja.

    Na temelju dugogodišnje participacije autorâ u rješavanju spomenutih tehničkih problema, izradi naprednih istraživačkih studija, razvoju novih metodologija i procedura, provjeri i odobrenju izvedbe, praćenju izgradnje i instalacije plutajućih plinskih terminala diljem svijeta te na temelju motivacije vezane za trajnu i danas vrlo aktualnu težnju Republike Hrvatske za izgradnju LNG-terminala, dan je pregled osnovnih tehničkih znanja nužnih za racionalno donošenje odluka u postupku instalacije ovako složenih tehničkih sustava.

    U tom smislu, uz opis osnovnih značajka LNG-a i njegova transportnog lanca, detaljnije su obrađeni

    skladištenje LNG-a u različitim patentiranim sustavima na brodovima i primjena direktnih proračuna u osnivanju brodova za prijevoz ukapljenog plina: analizom vanjskoga valnog opterećenja na konstrukciju broda te njegova utjecaja na ponašanje tekućeg tereta, analizom zapljuskivanja (sloshing) u spremnicima LNG-a, analizom sidrenih sustava te ulogom hidroelastične analize pri dimenzioniranju i ocjeni sigurnosti konstrukcije LNG-brodova, koja nudi fizikalno točniju idealizaciju problema, a time i višu razinu točnosti pri osnivanju te eksploataciji LNG-plovila. Spomenuti problemi rješavani su složenim numeričkim alatima u skladu sa suvremenim projektnim metodologijama, preporučenim i odobrenim od vodećih svjetskih klasifikacijskih društava.

    Ključne riječi: LNG, plutajući terminal, FL-NG, FSRU, FPSO, regasifikacija, izolacijski sus-tavi, hidrodinamika, zapljuskivanje, sidrenje, hidroelastičnost

    Autori: Mirela Zalar1 , mag. ing., doc. dr. sc. Nikola Vladimir2

    1KNIPER Maritime Consultancy, Paris, France; [email protected] strojarstva i brodogradnje Sveučilista u Zagrebu; [email protected]

    Rad se temelji na dugogodišnjem teorijskom i praktičnom radu autorâ na spomenutoj tematici, od kojih valja istaknuti važnu ulogu prve autorice u razvoju novih metodologija te njezinu participaciju na tehnički iznimno zahtjevnima praktičnim LNG-projektima od kojih su najvažniji spomenuti u uvodu rada.

  • 27

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    1. UVOD

    Tržište ukapljenoga prirodnog plina (Liquefied Natural Gas – LNG), koji se danas sve više rabi kao alternativa nafti, odnosno određenim naft-nim derivatima u gotovo svim segmentima društ-va, u kontinuiranoj je ekspanziji te za posljedicu ima gradnju sve većih LNG-brodova, kao ključnih elemenata transportnog sustava. Osim strateške važnosti LNG-a za državu zbog energetske diver-zifikacije, njegova važnost za nacionalnu ekonomi-ju ogleda se u činjenici da je specifični angažman visokoobrazovane radne snage izrazito velik. Isto tako, nije realno očekivati da će se u bližoj budućnosti potrebna energija u različitim grana-ma gospodarstva dobivati samo iz obnovljivih iz-vora pa u kontekstu niskougljične strategije EU-a širenje mreže LNG-a dodatno dobiva na važnosti. U travnju 2014. god. ukupna LNG-flota brojila je više od 400 brodova, a očekuje se da će ih u 2018. god. biti iznad 500.

    Bez obzira na niz prednosti koje LNG općeni-to ima kao zamjenski energent nafti, a sve više i kao gorivo za pogon brodova – osobito u tzv. ECA (Emission Control Area) područjima plovidbe, jedan od osnovnih razloga njegove još nedovoljne zastupljenosti jest relativno nerazvijena infras-truktura opskrbe na globalnoj razini. LNG-bro-dovi prepoznati su kao perspektivni tipovi brodo-va za domaću i svjetsku brodogradnju u sljedećem

    desetljeću. Također, pitanje njihove sigurnosti u lokalnim stručnim i znanstvenim krugovima posebno je važno, posebice imajući u vidu potenci-jalnu i već niz godina aktualnu gradnju terminala za ukapljeni plin na otoku Krku, a time i plovidbu LNG-brodova Jadranskim morem. Specijalizirani LNG-brodovi (LNG Carrier) u službi su gotovo 60 godina i karakterizira ih iznimno visoka razina operativne sigurnosti. U spomenutom razdoblju LNG-industrija znatno je napredovala pa danas govorimo o vrlo složenim tehničkim proizvodima za koje je količina otparka (isparenog plina) sniže-na s razina od 0,25% na dan tijekom sedamdesetih godina prošlog stoljeća na manje od 0,08%. Krajem prošlog stoljeća standardni kapacitet LNG-bro-dova između 125.000 m3 i 140.000 m3 povećan je na raspone od 160.000 m3 do 170.000 m3, a danas najveći LNG-brodovi tipa katarskih „Q-Flex-a“ i „Q-Max-a“ imaju kapacitet od 215.000 m3, odnos-no 265.000 m3. O složenosti cijele LNG-industrije najbolje svjedoči činjenica da samo nekoliko ze-malja u svijetu ima razvijenu vlastitu tehnologiju za transport LNG-a. LNG-brodovi ujedno su i jed-ni od najtrajnijih (nekoliko ih je u službi više od 40 godina, a u 2015. god. otprilike 10% flote bilo je starije od 30 godina). Dislociranost svjetskih nal-azišta prirodnog plina i krajnjih potrošača, a time i njihova potreba za sigurnom, ekološki prihvatl-jivom, tehnološki opravdanom i financijski povol-jnom opskrbom, ilustrirana je slikama 1 i 2.

    Abstract:

    This paper demonstrates technical background and diverse aspects of marine engineering, resuming the key points to be considered for the viable design and safe marine operation of Floating LNG Terminals.Present overview results from author’s extensive involvement in LNG marine and offshore industry world-wide; including the advanced R&D work, development of new methodologies and procedures, technical reviews and verifications in support of class approval and the supervision and guidance during construction and installation. Motivated by a very current and extremely topical tendency towards the construction of LNG Terminal in Croatia, the authors outline herein the available knowledge and methods employed in specific technical expertise, indispensable during the development, installation and operation of Floating LNG Terminal, for as much the decision-making process itself.

    This work gives an insight to the main features of LNG and its value chain, focusing to the specific details related to LNG storage and transportation. Particular attention is given to distinguished numerical analyses and their application in design and operation of LNG vessels.

    These analyses cover at least: external wave loading on the vessel, internal sloshing loading in LNG cargo tanks, mooring analyses, problem of fluid-structure interaction under LNG sloshing impacts and advanced hydro-elastic analyses which provide a more accurate approach in assessment of LNG vessels. Methods and tools applied in campaigns carried out for various LNG projects so far are recommended and approved by the world’s leading classification societies.

    Keywords: LNG, floating terminal, FLNG, FSRU, FPSO, regasification, containment system, hydrodynamics, sloshing, mooring, hydroelasticity

  • 28

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    Slika 1. Omjer distribucije plina u ukapljenom stanju (LNG) plovnim

    putevima i u plinovitom stanju (NG) plinovodima

    Kao što je prethodno naznačeno, pomorski sektor posebice je obuhvaćen novom legislativom vezanom za smanjenje štetnih emisija, povezanom s tradicionalnom uporabom teškoga goriva na bro-dovima. Stoga se za određene akvatorije prirod-ni plin nudi kao jedina racionalna, ekonomski i ekološki utemeljena alternativa. Razumno je očekivati da će za desetak godina većina brodova, i to ne samo onih namijenjenih za priobalnu plovid-bu, biti pogonjena ukapljenim prirodnim plinom, dok će konvencionalna rješenja s teškim brodskim gorivom kao energentom imati vrlo ograničene mogućnosti plovidbe.

    U današnje vrijeme izgradnja LNG-terminala iznimno je važna za energetsku stabilnost države, a u ovom radu dan je prikaz važnijih tehničkih problema koje je potrebno razmotriti radi sigurne, racionalne i inženjerski utemeljene realizaciju takvoga složenog projekta. Uz osnovne znača-jke LNG-a i njegova transportnog lanca, opisani su skladištenje LNG-a u različitim patentiranim izolacijskim sustavima na brodovima, postupak analize odziva broda na valovima, zapljuskivanje u spremnicima ukapljenog plina (sloshing), hidrodi-namička interakcija vanjskog (valnog) i unutarnjeg (LNG) opterećenja, hidroelastična interakcija flui-

    da (LNG) i strukture (kompozitni izolacijski sus-tav i čelična konstrukcija) te preporučena rješenja optimalnog sustava za sidrenje i transfer LNG-a. Prikazani su rezultati složenih numeričkih simu-lacija dobiveni suvremenima računalnim alatima te rezultati eksperimentalnih istraživanja, nasta-lih kao rezultat dugogodišnjeg istraživačkog ra-da autorâ na spomenutoj problematici te njihova stručnog rada vezanog uz idejne i izvedbene pro-jekte plutajućih plinskih terminala, konverzije postojećih brodova za manipulaciju ukapljenim plinom te specifične tehničke probleme pri osniv-anju, izgradnji i instalaciji novih plovnih jedinica diljem svijeta1,2,3,4 i dr. Od niza spomenutih pro-jekata valja istaknuti Energy BridgeTM LNG RV za Exmar (Belgija), a u čarteru Excellerate Ener-gy (Teksas, SAD).5 Navedena LNG RV-postrojen-ja (LNG Regasification Vessels) prvi su realizirani plutajući LNG-terminali u svijetu, u sastavu od 9 jedinica kapaciteta od 138.000 m3 do 173.400 m3, isporučenih i puštenih u pogon od 2005. do 2014. godine. Bazirani na formi specijaliziranog LNG-broda (LNG Carrier) standardnog kapac-iteta od 138.000 m3, unaprijeđeni su sustavom sidrenja i transfera LNG-a putem unutarnjeg STL (Submerged Turret Loading) sidrenog sustava te cjelovitom instalacijom na palubi za regasifikaci-

    Slika 2. Glavni trgovački smjerovi prirodnog plina

  • 29

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    ju ukapljenog plina (Slika 3.). LNG RV-terminali tijekom više od desetljeća eksploatacije pokazali su se iznimno isplativima i sigurnima, a kao pose-ban primjer potrebno je istaknuti da su bili jedina

    pomorska energetska postrojenja u SAD-u koja su nesmetano nastavila s radom i isporučivanjem plina američkim korisnicima tijekom uraganskih nevremena u Meksičkom zaljevu.

    Slika 3. Prvi svjetski plutajući LNG-terminal Energy BridgeTM LNG RV „EXCELSIOR“ (ustupljeno od EXMAR-a)

    Valja istaknuti činjenicu da je u stručnoj litera-turi vezanoj za prijevoz LNG-a dominantan engle-ski jezik te u većini jezika, pa tako i u hrvatskome, ne postoji odgovarajuća terminologija kojom bi se jednostavno opisale sve komponente eksploataci-jskog lanca. Stoga se i u ovom radu, gdje je to nuž-no, rabe engleske pokrate, kao i nekoliko pojmova koji su se kao takvi uvriježili u praksi.

    2. OSNOVNE ZNAČAJKE UKAPLJENOG PRIRODNOG PLINA I NJEGOV EKSPLOATACIJSKI LANAC

    Ukapljeni prirodni plin visoke je čistoće i sas-toji se većim dijelom od metana (otprilike 93%) te redovito sadržava niže koncentracije drugih ugl-jikovodika, vode, ugljičnog dioksida, dušika, kisi-ka i određenih spojeva sumpora. Kada se prirod-ni plin ohladi ispod temperature vrenja (-161,6 °C pri tlaku od 1 bar), postaje bistra tekućina bez boje i mirisa. Postupak kondenzacije iz plinovitog stanja u tekuće reducira volumen prirodnog plina približno 600 puta pa postaje vrlo ekonomičan za transport diljem svijeta.

    LNG se održava u tekućem stanju s pomoću posebno patentiranog izolacijskog sustava koji okružuje spremnike. Budući da ne postoji apso-lutno učinkovita izolacija, za vrijeme prijevoza po-

    javljuje se malena količina isparenog plina (otpar-ka) (boil-off).

    Zbog toga je potrebno prilikom punjenja spremnika ostaviti dio praznim. Spomenuti otparak pomaže očuvanju preostale količine LNG-a u tekućem stanju na temelju „samohlađenja“ i može se iskoristiti kao gorivo ili dnevno ispuštati.

    Glavne komponente eksploatacijskog lanca LNG-a prikazanog na slici 4. jesu:

    • proizvodnja prirodnog plina – postupak pronalaženja i pripreme prirodnog plina za dostavu u procesno postrojenje

    • ukapljivanje – konverzija prirodnog plina u tekuće agregatno stanje kako bi se mogao prevoziti brodom

    • prijevoz LNG-a u posebnim brodovima za isporuku na tržište

    • uplinjanvanje – ponovno prevođenje LNG-a u plinovitu fazu

    • distribucija i dostava prirodnog plina pli-novodom do krajnjeg korisnika.

  • 30

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    Slika 4. Eksploatacijski lanac LNG-a

    Za idejni projekt plutajućega plinskog termina-la nužno je najprije definirati temeljne potrebe ko-jima bi takav objekt trebao udovoljavati, pri čemu se osnovni zahtjevi mogu kategorizirati ovako:

    • osigurati sustav s maksimalnom fleksibil-nošću za prekrcaj prirodnog plina u dis-tribucijsku mrežu države, s odgovarajućim rasponom tlakova prekrcavanja te mo-gućnošću njegova rada pri različitim oko-lišnim uvjetima, što podrazumijeva da:

    - skladišni sustav treba izdržati dinamička opterećenja tekućine (sloshing) tijekom svih fa-za rada, a posebice u stanju djelomične popun-jenosti u kojem će provesti većinu vremena ti-jekom eksploatacije te svesti plinski otparak na minimum- sidreni sustav mora biti sposoban učinkovito raditi te se brzo spajati i odvajati u bilo kojem trenutku rada

    • osigurati dovoljan kapacitet uplinjavanja.

    • spriječiti istjecanje prirodnog plina pri nor-malnom radu.

    • oslanjati se na postojeća tehnička rješenja koja su se pokazala dobrima u praksi.

    • postići visoku razinu sigurnosti.

    Općenito, plutajući LNG-terminali mogu se klas-ificirati u tzv. LNG FSRU (Floating Storage Regas-ification Unit), koji se rabe kao postrojenja za pri-jam i uplinjavanje LNG-a, i LNG FPSO (Floating Production Storage and Offloading) za proizvodn-ju, ukapljivanje i isporuku LNG-a (slika 5.). LNG FSRU izvrsno je alternativno rješenje za područja gdje kopnena infrastruktura nije dovoljno razvije-na i gdje su restriktivni geotehnički i ekološki zaht-jevi u pogledu gradnje kopnenih postrojenja. LNG FPSO nudi druge prednosti kao što su proizvodnja LNG-a na lokaciji plinskog polja bez zahtjeva za podvodnim cjevovodom i dodatnom infrastruk-turom ili za prijam i ukapljivanje plina iz mreže te isporukom LNG-a brodovima prema potrošačima na drugim lokacijama. Kada je riječ o potencijal-nome plutajućem terminalu u Republici Hrvatskoj, obje varijante mogu imati veliko značenje.

    Slika 5. Plutajući LNG terminal – moguće primjene

  • 31

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    3. SUSTAVI IZOLACIJE I SKLADIŠTENJA PRI PRIJEVOZU UKAPLJENOG PRIRODNOG PLINA POMORSKIM PUTEM

    Danas su u uporabi dvije osnovne vrste skladišnih sustava na LNG-plovilima, i to: nezavisni tip B (tzv. sferni Moss ili SPB IHI) te membranski tip (GTT No96, Mark III ili CS1) (slika 6.).

    Slika 6. GTT membranski izolacijski sustavi spremnika LNG-a: membranski GTT (lijevo), sferni Moss (sredina) i SPB IHI (desno)

    3.1. Nezavisni izolacijski sustav spremnika tipa B

    Nezavisni spremnici tipa B općenito nisu osjet-ljivi na impulsno opterećenje zbog zapljuskivanja, ali ipak imaju neke važne nedostatke. Spremnici sferni Moss nude relativno manju volumsku is-koristivost broda, imaju relativno veliku površinu izloženu vjetru koja ograničava prolaz ispod mos-tova te ograničenu površinu na palubi radi insta-lacije opreme za uplinjavanje, što ih čini prilič-no neprikladnima za primjenu na plutajućim LNG-terminalima. Tip Moss također je ograničen u pogledu povećanja promjera sfernog spremni-ka pa se veća nosivost plovila može postići samo njegovim produžavanjem, što je nepoželjno iz perspektive globalne čvrstoće i stabiliteta. Veli-ki LNG-brodovi sa spremnicima ovog tipa osjet-ljivi su na uvijanje zbog širokih palubnih otvora, odnosno diskontinuiteta kod pokrova spremnika.

    U usporedbi sa sfernim Moss-spremnicima, sa-mostojeći SPB IHI-spremnici imaju napredni diza-jn za minimiziranje utjecaja zapljuskivanja zbog prisutnosti brojnih unutarnjih ukrepa (konstruk-cijskih elemenata koji učvršćuju opločenje), no on je, nažalost, zbog svoje cjelokupne izvedbe u neh-rđajućem čeliku i dalje ostao skupo rješenje za širu uporabu u praksi.

    3.2. Membranski izolacijski spremnici

    Kompaktni membranski spremnik prizmatične geometrije osigurava malenu visinu broda, rel-ativno malenu površinu izloženu vjetru, vi-soku volumsku iskoristivost, kao i niže troškove izgradnje i ukupne investicije. Brodovi opremljeni membranskim LNG-spremnicima imaju ravnu i relativno slobodnu palubu koja je prikladna za in-stalaciju opreme, pa tako i regasifikacijskog postro-jenja. Navedene prednosti dovele su do dominacije membranskih spremnika na LNG-tržištu, prem-da osnivanje takvih spremnika redovito iziskuje detaljno izučavanje dinamike tekućine u sprem-nicima (sloshing). Problem sloshinga posebice je zahtjevan kod rada pri djelomičnoj ispunjenosti spremnika LNG-plovila velikog kapaciteta, zbog prisutnosti velikih slobodnih površina i njihovih udarnih sposobnosti na stijenke. Membranski spremnici potpuno su glatke unutrašnjosti, u cije-losti obloženi visokokvalitetnim nehrđajućim če-likom izuzetno malene debljine, poput membrane (samo 0,7 do 1,2 mm) koja je podložena specijal-nom dvoslojnom toplinskom izolacijom. Mem-branske je spremnike patentirala francuska tvrtke Gaz Transport & Technigaz (GTT) te se na tržištu LNG-izolacijskih sutava (i za pomorsku i za ko-pnenu primjenu) mogu naći u tri osnovne grupe: No96, Mark III i CS1 (slika 7.).

  • 32

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    Slika 7. GTT membranski spremnici LNG-a: No96 (lijevo), Mark III (sredina) i CS1 (desno)

    4. HIDRODINAMIČKA OPTEREĆENJA I ODZIV BRODOVA NA VALOVIMA (POMORSTVENOST)

    Cilj analize pomorstvenosti bilo kojeg LNG-plovila (LNGC, FSRU, FPSO…) jest što točni-je određivanje gibanja i opterećenja na valovima.4,6 Dva važna fenomena koja se moraju razmotriti pri analizama pomorstvenosti plutajućih LNG-termi-nala jesu:

    • hidrodinamička sprega između gibanja plovila kao krutog tijela na valovima (FSRU ili FPSO) i gibanja tekućine (LNG) u spremnicima tijekom svih faza uporabe

    • hidrodinamičko međudjelovanje između dva plovila (sprega FSRU i LNG-brod ili FPSO i LNG-brod) za vrijeme prekrcaja LNG-a.

    4.1. Sprezanje između gibanja LNG- plovila na valovima i gibanja LNG-a u spremnicima

    U stvarnosti, odziv FSRU-a na valovima ovisan je ne samo o valovima nego i o gibanju ukapljenog plina u spremnicima, a, posljedično, i gibanje tekućine u spremnicima uvjetovano je gibanji-ma samog plovila.7 Ova hidrodinamička sprega ima osobito važnu ulogu kod ljuljanja, a može se učinkovito modelirati sofisticiranim numeričkim alatima koji radi svoje uporabljivosti moraju nužno biti validirani eksperimentima. Slike 8., 9. i 10. pri-kazuju primjere numeričkih proračuna (BV Hydro-star©) i modelskih ispitivanja u mjerilu (MARIN) za LNG-brod sa spremnicima u kritičnim fazama djelomične popunjenosti tekućinom. Na slici 10. spomenuta sprega u slučaju ljuljanja može se iden-tificirati postojanjem dviju vršnih vrijednosti na krivulji (jedna odgovara brodu, a druga spremni-ku), umjesto uobičajene jedne koja je karakteristič-na ljuljanju broda kao krutog tijela.8,9

    Slika 8. Primjer hidrodinamičke mreže membranskog tipa LNG-broda s različitim

    razinama punjenjaSlika 9. Modelska ispitivanja u mjerilu LNG-

    broda s gibanjem tekućine u spremnicima (MARIN)

  • 33

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    Slika 10. Usporedba izmjerenih (MARIN) i izračunanih (BV Hydrostar©) prijenosnih

    funkcija ljuljanja

    4.2. Međusobno sprezanje između LNG-plovila prilikom bočnog prekrcavanja tereta

    Prekrcaj LNG-a, ili s tankera na LNG-terminal (FSRU) ili s LNG-terminala (FPSO) na tanker, može se obaviti u tandemskoj ili bočnoj konfiguraciji, pri čemu je potonja varijanta zastupljenija u praksi.

    Za vrijeme prekrcaja pojavljuje se interakcija između dvaju povezanih plovila, pri čemu najkritičniji problemi za vrijeme ove složene operacije jesu:1,2 • opterećenja u poprečnim vezama („sidrenim

    linijama“) između dva plovila

    • opterećenja bokobrana koji štite vanjsku oplatu i održavaju udaljenost između plovila

    • operativna raspoloživost opreme pri relativ-nom pomaku između dva plovila u neposrednoj blizini, nastalom zbog promjene radnih gazova prilikom punjenja / pražnjenja spremnika.

    • Danas se ovi složeni problemi istražuju model-

    skim ispitivanjima u mjerilu u bazenima za hidro-dinamička istraživanja,6 ali i posebno razvijenim i rigorozno validiranima numeričkim kodovima. Neki od primjera prikazani su na slikama 11. i 12.

    Slika 11. Modelsko ispitivanje bočnog prekrcavanja LNG-plovila sa sfernim spremnicima (MARIN)

    Slika 12. Primjer numeričke analize hidrodinamičkog međudjelovanja dvaju plovila prilikom bočnog prekrcavanja (BV HydroStar©)

  • 34

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    *Imajući u vidu da je engleska riječ sloshing iznimno raširena te se u stručnim krugovima redovito ne prevodi, kao i činjenicu da, prema saznanjima autorâ, u hrvatskom jeziku nema direktnog prijevoda, u ovom se radu rabi engleska inačica.

    5. ZAPLJUSKIVANJE U SPREMNICIMA UKAPLJENOG PRIRODNOG PLINA (SLOSHING)

    Pod pojmom sloshing* razumijevamo izraženo dinamičko ponašanje tekućine u spremniku koje je inducirano gibanjem plovila na valovima.11,12 Sloshing je zapravo jedan od najvažnijih problema u osnivanju LNG-plovila te se pojavljuje i pri plo-vidbi broda, kao i pri prekrcaju tereta na samom terminalu. Radi se o izrazito nelinearnom impul-snom problemu koji uzrokuje velike udarne tlak-ove na stijenku spremnika i koji, ako nije detalj-no izučen pa time i kontroliran, može prouzročiti oštećenja skladišnog sustava te potencijalno ugro-ziti integritet cijelog plovila.4,6

    5.1. Fizikalna pozadina sloshing-a

    Sloshing je potrebno promatrati i kao global-ni i kao lokalni fenomen.11 Globalno ponašanje LNG-a u spremniku ovisno je o gibanjima broda, geometriji i dimenzijama tanka te razinama ispun-jenosti. Gledajući lokalno, udarni tlakovi sloshinga ovise o lokalnoj geometriji stijenke spremnika te svojstvima LNG-a (gustoća, stlačivost, površinska napetost). Ovi lokalni fenomeni utječu na veliko rasipanje vršnih vrijednosti udarnog tlaka i njegov nepravilan prostorni raspored, koji su prvobit-no uočeni pri pokusima u smanjenome mjerilu, a zatim i potvrđeni numeričkim proračunima.13 Uz navedeno, sloshing je i složen termodinamički problem zbog mogućih faznih promjena između tekućeg i plinovitog stanja za vrijeme udara. Uz spomenute aspekte vezane ponajprije za mehani-ku fluida, sloshing je dio složenoga hidroelastičnog problema zbog relativno elastične konstrukcije spremnika izložene udarnom opterećenju, koja re-zultira međudjelovanjem konstrukcije i fluida. Sto-ga će pri impulsnom opterećenju hidrodinamički tlakovi ujedno ovisiti o odzivu konstrukcije te je potrebno provesti hidroelastične analize složenog sustava koji se sastoji od kompozitnog izolacijskog dijela i potporne (čelične) konstrukcije.14,15 Kako bi se omogućio siguran i pouzdan dizajn plutajućih LNG-terminala, sloshing se nužno mora detalj-no istražiti kombinacijom niza prikladnih i pou-zdanih postupaka kao što su modelska ispitivan-ja u mjerilu, numerički proračuni te ispitivanja u naravi.

    5.2. Istraživanje sloshing-a

    Pri istraživanju sloshinga struka se tradiciona-lno oslanja na modelska ispitivanja u smanjenome mjerilu. Ipak, zbog nepouzdanosti mjerila te niza ograničenja pri modeliranju sloshinga s ukapljen-im plinom kao medijem, modelska se ispitivanja ne mogu rabiti kao jedini postupak, već su redovi-to vezana za paralelne numeričke simulacije s po-moću naprednih dostignuća u razvoju računalne dinamike fluida (Computational Fluid Dynamics – CFD).4,11,16

    5.2.1. Modelska ispitivanja u istraživanju sloshing-a

    Modelska ispitivanja obično se provode za vrijeme razrade idejnog rješenja novog projekta FSRU-a, kako bi se identificirali tipovi gibanja fluida u spremnicima različitih geometrija i razmjera, definirale razine udarnih tlakova te da bi se odabrao najprikladniji sustav izolacije.1,4,13 Takva ispitivanja sloshinga iziskuju naprednu i skupu opremu,17 pri čemu se spremnik u smanjenome mjerilu pozicionira na platformu tzv. heksapodnog uređaja, koji može simulirati bilo koji od šest stupnjeva slobode gibanja plovila. Primjeri opreme za modelska ispitivanja sloshinga prikazani su na slikama 13., 14. i 15.

    Slika 13. Uređaj za ispitivanje sloshing-a (hexapod)

  • 35

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    Modelska ispitivanja sloshinga uvijek su jedinstvena i prilagođena za svaki pojedini slučaj FSRU-a te za točno određene uvjete oko-liša pripadajućega radnog akvatorija. Udarni se tlakovi mjere senzorima visoke osjetljivosti (najmanje 20 kHz) te zatim statistički obrađuju kako bi se odredile tzv. dugoročne vrijednosti

    maksimalnih projektnih opterećenja, za koja se očekuje da se neće premašiti tijekom život-nog vijeka plovila. Ispitivanja u naravi pot-vrđuju da se spomenute dugoročne vrijednosti opterećenja zbog sloshinga mogu ekstrapolirati na temelju sličnosti prema Froudeu.

    Slika 14. Skica modela spremnika za ispitivanje sloshing-a

    Slika 15. Suvremeni model spremnika s velikim brojem senzora tlaka (ustupljeno od GTT-a)

    5.2.2. Numeričke simulacije sloshing-a

    Numeričke simulacije sloshinga uobičajeno su se provodile radi potvrde saznanja dobiven-ih modelskim ispitivanjima. No današnji raz-voj u području CFD-a omogućuje dobivanje i dodatnih informacija o ponašanju LNG-a, ko-je se modelskim ispitivanjima ne mogu obuh-vatiti. Koristeći se CFD-om mogu se modelira-ti gotovo svi složeni fizikalni aspekti sloshinga: Navier-Stokesove jednadžbe (na kojima počiva CFD) rješavaju se u cijeloj proračunskoj dome-ni (tekućoj i plinovitoj fazi), a rezultati se dobi-

    vaju u pravoj veličini eliminirajući nesigurnost mjerila, pri čemu se njihova distribucija u vre-menu i prostoru može na odgovarajući način profinjavati, i to više od fizičke mogućnosti postavljanja potrebne količine senzora tlaka i njihove razine osjetljivosti. Naposljetku, mo-gu se odrediti i opterećenja koja se prenesu na strukturne elemente trupa FSRU-a. Primjeri simulacija sloshinga metodama računalne di-namike fluida (Flow3D®, OpenFOAM) prika-zani su na slikama 16. i 17.4,6,16

    Slika 16. Primjeri CFD-simulacija sloshinga: kinematika LNG-a u spremnicima različita oblika

  • 36

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    5.2.3. Ispitivanja u naravi

    Zbog složenosti sloshinga ne postoji nijedan jedinstveni pristup za ekstrapolaciju rezultata modelskih ispitivanja na stvarnu veličinu, a primjenjivi zakon sličnosti dovodi se u pitanje još od sredine 20. stoljeća. U tom pogledu, od novijih istraživanja važno je istaknuti jedinstveni združeni industrijski projekt koji je obuhvatio niz partnera (BW Gas, Teekay, DSME, DNV-GL, Lloyd’s Register, GTT i Light Structures) i tijekom kojega je provedena serija ispitivanja na brodu u naravi radi zaobilaženja spomenutog nedostatka.18,19 Pritom je jedan od spremnika broda BW LNG Carrier IMO (slika 18.) opremljen senzorima tlaka na unutarnjim stijenkama LNG-spremnika, dok je

    sam brod bio opremljen senzorima gibanja kako bi se ustanovila uzročno-posljedična sveza mjerenih veličina. Nakon nekoliko godina prikupljanja podataka identificirani su najkritičniji slučajevi prilikom plovidbe te su u istim uvjetima provedena ispitivanja u smanjenome mjerilu (M 1 : 40). Maksimalni tlakovi s godišnjom vjerojatnošću premašivanja određeni su na temelju rezultata mjerenja u naravi te uspoređeni s rezultatima modelskog ispitivanja koji su ekstrapolirani na temelju sličnosti prema Froudeu. Pritom je, nakon višedesetljetne dvojbe prisutne u svim svjetskim istraživanjima, zaključeno da se upravo spomenuta sličnost može iskoristiti za pouzdanu ekstrapolaciju rezultata (slika 19.).

    Slika 17. Primjeri CFD-simulacija sloshinga: globalna slika zapljuskivanja u membranskom spremniku (lijevo) i napredna obrada rezultata (sredina i desno) u identificiranim kritičnim

    zonama (BV-metoda „dinamičkog uzorkovanja“)

    Slika 18. Brod BW Gas LNG IMO instru-mentiran zaispitivanje sloshinga u naravi

    Slika 19. Maksimalni tlakovi sloshinga: usporedba mjerenja u naravi i ekstrapoliranih rezultata

    modelskih ispitivanja

  • 37

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    Bez obzira na to što je spomenuta mjerna kam-panja značila velik korak naprijed za razumijevanje sloshinga u stvarnome mjerilu, ona, nažalost, nije pružila informacije o ponašanju unutarnje kon-strukcije broda zbog nametnutih opterećenja, što je ključno za dimenzioniranje i ocjenu priklad-nosti konstrukcije bilo koje novogradnje. Stoga je pokrenut i drugi, vrlo izazovan združeni industrijs-ki projekt „SlosHel“ (Sloshing Hydro-Elasticity), na kojem su partneri bili: BV, GTT, MARIN i SHELL,20 a ispitivanja su oblikovana te rezultati prikuplja-ni u stvarnoj veličini, u posebnome namjenskom kanalu za ispitivanje, opremljenom generatorom usmjerenih valova, mjernom opremom, mem-branskim panelima ispitivanih izolacijskih sustava i krutim betonskim blokom za usporedbu. Za ilus-

    traciju, dolje je prikazano nekoliko slika vezanih za projekt SlosHel (slike 20. – 25.). Glavni zaključ-ci projekta SlosHel jesu da membranski izolacijski sustav (bez obzira na tip) uspješno podnosi udare svih lomljenih valova, bez ikakvih oštećenja, bez obzira na to što udarni tlakovi dosežu razinu od 35 bar. Također, prvi put su analizirana opterećen-ja koja se prenesu na potpornu konstrukciju. Vrlo važan ishod SlosHela jest da su, na temelju rezul-tata projekta, kalibrirani napredni računalni alati za hidroelastičnu analizu udara sloshinga14 koji su danas, zajedno sa znanjima autora, raspoloživi za sve analize plutajućih plinskih terminala poput po-tencijalnog terminala u Hrvatskoj.

    Slika 20. Generiranje usmjerenog vala na ispitnu vertikalnu stijenku

    Slika 21. Model Model ispitne vertikalne stijenke s uzorkom membranske

    izolacije (NO96 box) i krutim blokom za usporedbu

    Slika 22. Model ispitne verikalne stijenke s uzorkom membranske izolacije (MarkIII panel) i krutim blokom

    za usporedbu

  • 38

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    6. PROVJERA SIGURNOSTI KONSTRUKCIJE LNG-PLOVILA

    6.1. Analiza globalne čvrstoće LNG-plovila

    Osnivanje konstrukcije trgovačkih brodova, pa tako i LNG-brodova regulirano je pravilima kla-sifikacijskih društava koja se temelje na dugogo-dišnjem iskustvu. Takav pristup u osnovi se temelji na kvazistatičkom principu, pri čemu su visokof-rekventni utjecaji (pruženje i podrhtavanje broda) obično zanemareni ili se eventualno uzimaju u ob-zir na približan način.

    Suvremeni pristup osnivanju velikih brodo-va danas nalaže provođenje direktnih proračuna čvrstoće odgovarajućom softverskom potporom, a prema metodologijama koje također definiraju klasifikacijska društva. U osnovi razlikuju se dva principa provedbe proračuna čvrstoće, od kojih prvi podrazumijeva analizu valnog opterećenja broda kao krutog tijela, a zatim njegovo prenošenje na model konstrukcije konačnih elemenata te pro-račun naprezanja i njihovu usporedbu s dopušten-im vrijednostima. Drugi način podrazumijeva tzv. hidroelastičnu analizu u kojoj se gibanja broda na valovima i njegove elastične deformacije razmatra-ju simultano.21 Prvi pristup, koji je ujedno i jednos-tavniji, smatra se prikladnim za brodove relativno velike krutosti, dok je drugi pristup nuždan za bro-dove niže fleksijske ili torzijske krutosti (načelno veći brodovi) i većih brzina plovidbe, čije prirodne frekvencije mogu upasti u područje susretnih val-nih frekvencija. Metodologija hidroelastične an-alize poznata je od sedamdesetih godina prošlog stoljeća, ali za brodogradnju postaje aktualna posl-jednjih 15-ak godina, zbog gradnje sve većih bro-dova čije duljine sežu i do 400 m.

    Danas na tržištu postoje programski paketi za hidroelastičnu analizu različite razine složenosti i točnosti, između kojih BV Homer© ima istak-nuto mjesto. Sada se mogu kombinirati gredni ili 3D-model konačnih elemenata (MKE) konstrukci-je broda s različitim hidrodinamičkim modelima (potencijalni ili CFD-modeli). Za ocjenu globalne čvrstoće kao optimalan se izbor danas nameće up-oraba spregnutog 3D MKE-modela22 (slike 26. i 27.) s 3D potencijalnim hidrodinamičkim modelom, dok je za izrazito nelinearne i lokalne probleme po-godnije sprezanje modela 3D MKE s raspoloživim CFD-alatima.14,16

    Slika 23. Lomljenje vala prije udara

    Slika 24. Lomljenje vala pri udaru

    Slika 25. Lomljenje vala nakon udara

  • 39

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    Za analizu čvrstoće LNG-brodova spomenutim alatima iznimno je važno inženjersko iskustvo, ne samo u provedbi analize i interpretaciji rezultata već i u početnoj fazi pri identifikaciji važnijih fenomena koji se žele simulirati, a posljedično i pri izboru odgovarajuće programske potpore i metodologije prema kojoj će se ona upotrijebiti. Naposljetku, valja napomenuti da se inženjersko iskustvo ne temelji samo na nizu provedenih numeričkih simulacija, već i na povratnim informacijama o eksploataciji plovila u praksi, kao i mjerenjima u naravi na tim plovilima.

    6.2 Analiza lokalne čvrstoće membranskih spremnika LNG-a uslijed opterećenja sloshing-om

    Hidroelastična interakcija fluida i konstrukcije u spremniku ukapljenog plina prilikom sloshinga zasigurno se može smatrati najsloženijim dijelom analize ponašanja sustava tereta. Pri udaru LNG-a o stijenku spremnika pojavljuju se vrlo visoki tla-kovi (30 bar ili više) s vrlo kratkim vremenom po-rasta (1 ms ili manje). Za proračun strukturnog odziva direktna primjena vršnih vrijednosti tlaka na konstrukciju ne bi bila ni razumna ni fizikalno točna, već je naprezanja zbog sloshinga potreb-no odrediti uzimajući u obzir promjenu tlaka i u vremenu (impuls) i prostoru. Kada bi se spomenu-ta opterećenja nametnula direktno, u većem bro-ju simulacija pokazalo bi se da konstrukcija ne bi izdržala nametnute tlakove, što u praksi nije slučaj. Takve pojave pripisuju se činjenici da se konstruk-cija suprotstavlja vanjskom opterećenju, osim svo-jom krutošću, i inercijom. Primjenom potpuno spregnutih hidroelastičnih simulacija dolazi se do zaključka da su vršne vrijednosti tlaka kompen-zirane reakcijom izolacijskog sustava prije nego impuls stigne do unutarnje stijenke trupa. Štoviše, može se pokazati da vrlo malene promjene u rel-ativnoj geometriji udara znatno mijenjaju vršne vrijednosti tlaka, pri čemu slika naprezanja u kon-strukciji ostaje gotovo jednaka.12

    Na temelju naprednih i složenih istraživanja tije-kom posljednja dva desetljeća razvijeni su visoko-sofisticirani alati i metode za analizu čvrstoće LNG-spremnika zbog impulsnog opterećenja iza-zvanog sloshingom.14,15 Za ilustraciju, na slikama 28. i 29. prikazani su rezultati složenih numeričkih analiza za izolacijski sustav tereta No96 i Mark III, pri čemu proračunski model uključuje i izolaciju i čelični ukrijepljeni panel.

    Slika 26. Modeli konačnih elemenata LNG-brodova

    Slika 27. Deformacija LNG-broda izračunana metodom konačnih elemenata

  • 40

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    Slika 29. Naprezanja u ukrijepljenom panelu na poleđini sustava Mark III zbog

    sloshinga pri 3 različite brzine udara te ilustracija pripadne deformacije

    Slika 28. Naprezanja u kutijastom dijelu i ukrijepljenom panelu kod sustava No96 zbog

    sloshinga (lijevo) te izvijanje pokrova kutijastog dijela i vertikalne pregrade (desno)

    7. SUSTAVI ZA SIDRENJE I TRANSFER LNG-a

    7.1. Tipovi stalnih sidrenih sustava

    Za bilo koji plutajući plinski terminal važno je osigurati operabilnost uzimajući u obzir vremenske prilike karakteristične za akvatorij u kojem se on nalazi. Radi toga je potrebno pažljivo odabrati

    sidreni sustav koji će ponuditi dovoljno velik raspon operabilnosti, uzimajući u obzir dubinu mora, meteooceanografske uvjete (valovi, vjetar, morske struje, plime i oseke) i očekivano vrijeme eksploatacije.1,3

    Glavni tipovi permanentnih sidrenih sustava koji se primjenjuju kod pučinskih objekata prika-zani su na slikama 30. – 33.

    Slika 31. Sidreni sustav u jednoj točki Slika 30. Raspršeni sidreni sustav

  • 41

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    Slika 33. Sidreni sustav s unutarnjom kupolomSlika 32. Sidreni sustav s vanjskom kupolom

    Raspršeni sidreni sustav (Spread Mooring System – SMS) održava plovilo na stalnoj operativnoj lokaciji vlastitim sidrima, pri čemu se globalne koordinate plovila određuju u ovisnosti o morskom dnu, a pramac se slobodno usmjerava u skladu s dominantnim smjerom valova. Sidrene su linije direktno vezane za plovilo, što iziskuje određena konstrukcijska pojačanja. SMS je relativno osjetljiv na vremenske uvjete i javljaju se razmjerno velike sile natega u sidrenim linijama.

    Sidreni sustav u jednoj točki (Single Point Mooring – SPM) sastoji se od plutače sa sustavom ležaja koja je trajno usidrena za morsko dno višestrukim sidrenim linijama. Plovilo je privezano za plutaču i slobodno se pozicionira u skladu s dominantnim smjerom valova, što smanjuje opterećenja sidrenog sustava. Radi se o relativno robustnom sustavu koji se obično rabi za terminale na otvorenoj pučini te za velike brodove s većim gazovima.

    Sidreni sustav s kupolom (Turret Mooring System – TMS) zapravo je tip SPM-a inkorporiran direktno na plovilu preko ležajnog sustava te također omogućava slobodnu rotaciju plovila. Sustav s unutarnjom kupolom može sadržavati i veći broj cjevovoda za prijenos LNG-a i općenito je poželjniji sa stajališta konstrukcije broda koja je manje opterećena od natega sidrenih linija u odnosu prema prethodno navedenim tipovima sidrenih sustava.

    7.2. Sidreni sustav s unutarnjom kupolom za plutajuće LNG-terminale

    Sidreni sustav s unutarnjom kupolom vrlo

    je raširen u naftnoj i LNG-industriji te praksa potvrđuje njegovu iznimno dobru operabilnost. Obično se kombinira sa sustavom prijenosa tekućeg energenta (nafta ili tekući plin) koji omogućuje spajanje na podmorske cjevovode. Važan kriterij za odabir sustava jest topografija pojedine lokacije s obzirom na potrebe održavanja. Sidreni sustav prikazan na slikama 34. i 35. vezan je za veliki LNG FSRU-projekt Energy Bridge LNG RV koji je spomenut u uvodu ovog rada, a sastoji se od uronjene kupole (Submerged Turret Loading – STL) i povezanih sidrenih linija, fleksibilne vertikalne usponske cijevi i podvodnog manifolda, mjerne platforme i sklopa za distribuciju plina cjevovodom te, dakako, samog LNG RV-plovila (LNG Regasification Vessels) u službi prekrcaja LNG-a.5,23

    Slika 34. Komponente STL-a

  • 42

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    7.3. Analiza sidrenja

    Osnova projektiranja i instalacije gore opisanih složenih sidrenih sustava jest analiza sidrenja, radi postizanja maksimalne sigurnosti i minimalnih troškova eksploatacije terminala. Tradicionalno, analize ponašanja sidrenih sustava provodile su se

    u bazenima za modelska ispitivanja (slika 36.), a u današnje vrijeme na raspolaganju su računalni alati koje autori rabe za rješavanje različitih problema osnivanja sidrenog sustava.

    Analiza sidrenja može se podijeliti u nekoliko različitih segmenata ispitivanja koji, između ostaloga, obuhvaćaju analizu statičke ravnoteže, dinamičku analizu, analizu orijentiranja plovila prema dominantnom smjeru valova, analizu sile pritezanja kod sustava s više sidrenih linija i/ili više objekata itd.

    Na slikama 37. – 40. iz autorove baze izdvojeni su neki tipični rezultati vezani za proračune sidrenja dobiveni programskim paketom BV Ariane©.

    Slika 35. STL kupola

    Slika 36. Primjer modelskih ispitivanja sidrenih sustava s unutarnjom kupolom (Marintek)

    Slika 37. Primjer numeričke analize za konfiguraciju sidrenog sustava s unutarnjom

    kupolom

  • 43

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    Slika 38. : Rezultati analize odziva usidrenog plovila s obzirom na dominantni smjer valova

    Slika 40. Primjeri analize sile natega u sidrenim linijama: standardni slučaj neoštećene linije (lijevo) i scenarij eventualnog puknuća linije (desno)

    Slika 39. : Primjeri profila lančanice: slobodno ovješena (lijevo) i sa sidrenom plutačom (desno)

  • 44

    STRU

    ČNI R

    AD

    plin - broj 1 - godina XVIII - ožujak 2018.

    8. ZAKLJUČAK

    U članku je dan prikaz osnovnih tehničkih problema s kojima se projektanti susreću prilikom instalacije plutajućih plinskih terminala, ali i pri projektiranju brodova za prijevoz ukapljenog plina. Opisane su osnovne značajke ukapljenog plina i njegov transportni lanac, kao i temeljni zahtjevi kojima plutajući plinski terminali trebaju udovoljavati. Objašnjeni su različiti tipovi sustava skladištenja LNG-a na namjenskim plovilima (LNG-tankerima ili plutajućim LNG-terminalima) te uloga direktnih proračuna pri njihovu osnivanju. Prikazana je osnova pristupa u temeljnim analizama pomorske tehnike, nužnima radi sigurnog osnivanja, instalacije, eksploatacije i održavanja plutajućih LNG-terminala. Između brojnih potrebnih postupaka istaknuti su: analiza valnog opterećenja i posljedičnog odziva LNG-plovila, analiza zapljuskivanja (sloshinga) u spremnicima plina ukapljenog pothlađivanjem, pristup ocjeni sigurnosti konstrukcije broda i izolacijskog sustava LNG-spremnika te postupak osnivanja optimalnog sustava za sidrenje i prijenos LNG-a. Rad je motiviran težnjom Republike Hrvatske za podizanjem razine energetske samostalnosti izgradnjom plutajućega plinskog terminala, koja će nedvojbeno iziskivati napredna tehnička znanja vezana za izgradnju i sigurno održavanje terminala, kao i za eksploataciju (pa i sámo osnivanje) specijalnih namjenskih brodova za prijevoz LNG-a koji će ploviti Jadranom.

    Budući da instalacija plutajućega plinskog termi-nala za sobom nužno veže i povećanje plovidbe LNG-brodova u određenom akvatoriju, očita je važnost primjene spomenutih analiza radi pov-ećanja sigurnosti LNG-brodova, a time i smanjen-ja mogućnosti ekoloških i ostalih katastrofa koje bi potencijalno prouzročila oštećenja tih brodova, nastala neprimjerenim postupcima njihova osniv-anja ili upotrebe.

    Zaključno, potrebno je još jedanput istaknuti iznimno visoku razinu operativne sigurnosti bro-dova za prijevoz ukapljenog plina, koja je spome-nuta u uvodu, što dodatno potvrđuje valjanost postojećega projektnog pristupa i adekvatnost up-otrijebljenih proračunskih alata te prikladnost raz-vijene regulative. Danas postoji niz zakona, pravila, standarda i smjernica kojima su posljedice eventu-alnog istjecanja LNG-a svedene na minimum, a spomenuta regulativa primjenjuje se pri osnivanju, konstrukciji, radu i održavanju LNG-postrojenja i

    LNG-brodova. Na temelju navedenoga i sagledava-jući samo tehnički dio problema, razumna je du-gogodišnja težnja Republike Hrvatske za instalaci-ju plutajućega plinskog terminala, koji bi znatno ojačao energetsku perspektivu zemlje, a uz prim-jenu odgovarajućih znanja i postupaka pri njegovoj eksploataciji, kao i uz primjenu odgovarajuće regu-lative u plovidbi Jadranskim morem ne bi ugrozio ljude i okoliš.

    LITERATURA:

    1. Cambos P, Zalar M, De-Castelet D. Guidelines for Offshore LNG Terminals Based on Experience. 23rd GASTECH. Bangkok, Thailand; 2008.

    2. Venner F, Cambos P, Zalar M. Classification and Certification of Floating LNG Terminals. 3rd Annual Lloyds List Middle East Shipping Forum. Doha, Qatar; 2007.

    3. Zalar M. Operating Guidance for Membrane Type LNG Carrier in Partial Filling Condition. SNAME Maritime Technology Conference. Houston, USA; 2005.

    4. Zalar M, Cambos P, Le Gallo B, Mravak Z. Partial Filling of Membrane Type LNG Carriers. 21st GASTECH. Bilbao, Spain; 2005

    5. Janssens P. ENERGY BRIDGETM The World’s First LNG Offshore Solution. 21st GASTECH. Bilbao, Spain; 2005.

    6. Zalar M, Malenica Š, Diebold L. Selected Hydrodynamic Issues in Design of Large LNG Carriers. RINA ICSOT Conference. Busan, South Korea; 2006.

    7. Malenica Š, Zalar M, Chen XB. Dynamic Coupling of Seakeeping and Sloshing. 13th ISOPE. Honolulu, USA; 2003.

    8. Zalar M, Diebold L, Baudin E, Henry J, Chen XB. Sloshing Effects accounting for Dynamic Coupling between Vessel and Tank Liquid Motion. 26th OMAE Conference. San Diego, USA; 2006.

    9. Moirod N, Baudin E, Henry J, Diebold L, Zalar M. Application of Seakeeping / Sloshing Coupling for LNG Terminals. 19th ISOPE Conference. Osaka, Japan; 2009.

  • 45

    STRUČN

    I RAD

    plin - broj 1- godina XVIII - ožujak 2018.

    10. Jaouen F. Influence of LNG Sloshing on Offloading Operations. Wageningen, Netherlands; 2015.

    11. Bureau Veritas (BV) Guidance Note NI554. Design Sloshing Loads for LNG Membrane Tanks. Paris, France; 2011

    12. Bureau Veritas (BV) Guidance Note NI564. Strength Assessment of LNG Membrane Tanks under Sloshing Loads. Paris, France; 2011.

    13. Gervaise E, De Sèze P-E, Maillard S. Reliability-based Methodology for Sloshing Assessment of LNG Membrane Vessels. 19th ISOPE Conference. Osaka, Japan; 2009.

    14. Malenica S, Korobkin AA, Ten I, Gazzola T, Mravak Z, De Lauzon J. Combined Semi-analytical and Finite Element Approach for Hydro Structure Interactions during Sloshing Impacts – SlosHel Project. 19th ISOPE Conference. Osaka, Japan; 2009.

    15. Zalar M, Malenica Š, Mravak Z, Moirod N. Some Aspects of Direct Calculation Methods for the Assessment of LNG Tank Structure under Sloshing Impacts. 15th LNG International Conference. Barcelona, Spain; 2007.

    16. Cambos P, Diebold L. Classification of the World’s Largest FSRU. ATMA 2016 Conference. Paris, France; 2016.

    17. Baudin E i sur. Bureau Veritas Sloshing Model Tests & CFD Calculations within ISOPE Sloshing Benchmark. 22nd ISOPE Conference. Rhodes, Greece; 2012.

    18. Pasquier R, Berthon CF. Model Scale Test vs. Full Scale Measurement: Findings from the Full Scale Measurements of Sloshing Project. 22nd ISOPE Conference. Rhodes, Greece; 2012.

    19. Lund-Johansen Ø, Østvold TK, Berthon CF, Pran K. Full Scale Measurements of Sloshing in LNG Tanks. 25th GASTECH. Amsterdam, Netherlands; 2011.

    20. Brosset L i sur. Overview of SlosHel Project. 19th ISOPE Conference. Osaka, Japan; 2009.

    21. Ouled Housseine C, Malenica Š, Vladimir N, Choi BK. Étude hydroélastique globale du LNG 175K. 15e Journées de l’Hydrodynamique. ENSTA Bretagne, Brest, France; 2016, str. 12.

    22. Vladimir N, Senjanović I, Malenica Š, Ouled Housseine C, Choi BK, Im HI. Spectral Fatigue Analysis of Liquefied Natural Gas Carrier Structural Detail. Proceedings of the International Conference on Design & Construction of LNG Ships, Royal Institution of Naval Architects (RINA). London, UK; 2016:57–64.

    23. Dabouis B, Cambos P, De Castelet D, Morandini C, Saldanha S, Zalar M. LNG Offshore Terminal: How the Marine and Offshore World Meet in the Field of the LNG? RINA ICSOT Conference. Busan, South Korea, 2006.