Historia i rozwój transportu morskiego LPG i LNG

Początki transportu LPG­­­­­. Statki Fully-Pressurized

Wszystko zaczęło się od roku 1911 kiedy to Dr. Walter O’Snelling odseparował płynny propan i butan, a już w roku 1920 rozpoczęto jego masową produkcję i zaopatrywanie domostw w te gazy w butlach pod ciśnieniem. Pierwsze przewozy tych ładunków nie odbywały się na wyspecjalizowanych jednostkach, a ogólnie dostępnych statkach do przewozu różnego ładunku stałego (General Cargo) z zamontowanymi dużymi zbiornikami ciśnieniowymi zlokalizowanymi na pokła­­dzie.

Pierwszy statek przystosowany do przewozu gazów wybudowano dopiero w 1931 roku w stoczni „Hawthorn Leslie Shipyard” Nadano nazwę „Agnita”. Wybudowany został dla firmy „Anglo Saxon Petroleum Compan­y” w Londynie. Firma istnieje do dzisiaj i nosi nazwę „Shell International Trading and Shipping”. Statek w swojej konstrukcji posiadał 12 zbiorników (w tamtych czasach zbiorniki nitowano, tak aby utrzymały szczelność) umieszczonych w przestrzeniach ładunkowych pod pokładem. Ustawione były one pionowo i przystosowane do przewozu butanu lub propanu pod ciśnieniem oraz kwasu siarkowego. Zbiorniki były dodatkowo otoczone(w przestrzeni ładunkowej) olejem, który był również ładunkiem na sprzedaż, Statek był zatrudniony do 1941 roku kiedy to został zatopiony przez torpedę. Wybudowano również siostrzany statek, który nie wniósł niczego nowego. Prawdziwy rozwój nastąpił po wojnie.

W 1947 roku statek towarowy „Natalie O. Warren” (poprzednia nazwa „Cape Diamond”)­­ – został przebudowany w stoczni „Pennsylvania Shipyards ” w Teksasie (USA) dla „Warren Petroleum Corporation” jako odpowiedz na zapotrzebowanie przewozu propanu z Houston do Nowego Jorku.”. Był to pierwszy statek, przystosowany tylko do przewozu ładunków LPG. Rozwój technologii pozwolił jednak na umieszczenie 68 zbiorników (tak jak na „Agnita” umieszczone były pionowo). Każdy z nich o dozwolonym ciśnieniu roboczym 17.5 bar (17.6 kg/cm²) i 3 krotnie większej pojemności 6050 m³. Wielkość zbiorników to od 2.4m do 4.0m szerokości i od 7.6m do 14.6m wysokości oraz wagi 50 ton każdy. Umieszczone w 5 ładowniach. Po sprzedaży do nowego właściciela „Oivind Lorentzen” zmieniono mu nazwę na „Mundogas West”. W służbie pozostał do 30 czerwca 1967, a następnie został zezłomowany w mieście Santander w Hiszpanii. Kolejnym przekonwertowanym statkiem był „Rio Novo”. Powstał w tej samej stoczni rok później dla „Oivind Lorentzen”. Rio Novo posiadał 29 zbiorników ustawionych pionowo oraz 2 poziomo co było pierwszym tego typu posunięciem w procesie konstruowania statków. Całkowita pojemność to 3000 m³. Były to również zbiorniki wysokociśnieniowe (17.6 kg/cm²) przygotowane do przewozu butanu i propanu. To był właśnie pierwszy prawdziwy LPG Tanker. Ten sam właściciel w latach 1952-1953 przebudował w niemieckiej stoczni „Kieler Howaldtswerke” dwa inne statki „Mundogas Sao Paulo” i „Mundogas Norte”. Wszystkie przebudowane jednostki korzystały z tej samej technologii co była wykorzystywana w transporcie lądowym.

Pod koniec wojny w Europie, znacznie wzrosło zapotrzebowanie na gazy LPG. Z tego względu stocznie we W­ło­szech, Szwecji, Holandii, Francji oraz Danii rozpoczęły budowy bardzo małych fully pressurized jednostek specjalnie skonstruowanych do przewozu LPG. „Mariotte” – 670m³ (Włochy), „Agipgas Quarta” – 1850m³ (Włochy), „Elpigas” – 212m³ (Włochy), „Agipgas Terza” – 1730m³ (Włochy), Rasmus Tholstrup” – 1042m³ (Szwecja), “Soerine Tholstrup” – 1750m³ (Dania), “Cap Carbon” – 816m³ (Holandia), “Cap Ferrat” – 1554m³ (Francja).

Na drugiej półkuli w Japonii, rozwój rozpoczął się w roku 1960, kiedy zapotrzebowanie na transport LPG pomiędzy przybrzeżnymi portami wzrósł dość znacznie. Japońskie stocznie wybudowały ponad 130 małych jednostek fully pressurized dla różnych japońskich odbiorców. W 1965 stocznia „Mitsubishi Heavy Industries” dostarczyła dwie jednostki 2080 m³ o niecodziennej jak na ten czas budowie zbiorników sferycznych. Obie jednostki zostały wyprodukowane dla Związku Radzieckiego. Nosiły nazwę odpowiednio „Kegum” i „Kraslava”

Jak można zauważyć całkowita pojemność tych statków była poniżej 2000m³ z uwagi na dostępną w tym czasie technologię, a dokładniej materiał użyty to produkcji zbiorników i jakość spawania w tym czasie nie pozwalała na budowę zbiorników większych niż 600 m³. Z uwagi na te warunki, jednostki były w stanie przewozić ładunki butanu, propanu, butadienu i amoniaku w temperaturze otoczenia (ograniczenie temperatury ładunku do -5 °C) i maksymalnym ciśnieniu roboczym między 17 a 18 bar (odczytywanym na wskaźnikach – ciśnienie absolutne). W praktyce oznaczało to że statek musiał być wyposażony w wiele zbiorników ze skomplikowanym układem rurociągów łączących je w jeden system. Do roku 1960 były to jedyne typy statków do przewozu LPG. Wyładunek wymagał użycia kompresora, czasem przy równoczesnym użyciu Booster Pump.

 

Lata 60 i szybki rozwój. Statki Semi-pressurized

Rozwój przemysłu stalowego oraz metod spawania otworzyły drogę do produkcji stali, która jest w stanie wytrzymać niższe temperatury, a co za tym idzie zaprojektować nowy typ statków – semi pressurised i fully refrigerated.

Kiedy ładunek jest transportowany w niższej temperaturze, jego ciśnienie również jest niższe, a ciężar właściwy [specific gravity] wzrasta. Jako że ciśnienie jest niższe, wówczas materiał użyty do budowy zbiorników nie musi być takiej grubości co przy zbiornikach typu fully pressurized, a co za tym idzie waga samych zbiorników jak i podpór wzmacniających jest znacząco niższa. Wszystko to pozwoliło na zwiększenie ilości transportowanego ładunku przy zachowaniu tej samej wielkości statku. Jednak z drugiej strony jednostka taka była droższa w budowie poprzez wykorzystanie droższej stali, użytej izolacji oraz urządzeń pozwalających utrzymywać niższą temperaturę ładunku.

Wśród nowej grupy statków, jednostki semi pressurised pojawiły się jako pierwsze. Ich zbiorniki pozwalały na transport ładunku pod ciśnieniem między 5 a 9 bar, lecz również były ograniczone minimalną temperaturą pomiędzy -5 °C , a -10 °C. Niedługo potem transport w niższej temperaturze -48 °C był również możliwy. To otworzyło drogę do budowy jednostek zdolnych przewozić ładunki przy ciśnieniu bliskim ciśnieniu atmosferycznego. Pozwalały one na załadunek w pełni schłodzony i rozładunek w temperaturze otoczenia poprzez ogrzewanie ładunku (za pomocą urządzeń typu cargo heater) lub załadunek w temperaturze otoczenia i przeprowadzenie procesu chłodzenia oraz wyładunku w ciśnieniu bliskim atmosferycznemu. Dzięki takim manipulacjom stały się one bardzo elastyczne i znacznie rozszerzyły zakres ładunków możliwych do transportu drogą morską . Większość z nich pozwalała na transport dwóch (czasem więcej) różnych ładunków, w pełni oddzielonych od siebie.

Statki fully-refrigerated weszły do służby morskiej chwilę później. Pozwalały na transport ładunków pod ciśnieniem atmosferycznym w tej samej niskiej temperaturze, w której występuje Boiling point.. Z uwagi iż ich maksymalne ciśnienie było ograniczone do 0,7 bar, waga zbiorników znacznie zmalała i budowa większych statków stała się w końcu wykonalna.

Pierwsze statki typu semi-pressurised pojawiły się na koniec lat 50.

• “Descartes” – 921 m³
• “Lili Tholstrup” i “Birthe Tholstrup” – 920 m³
• „Abbas” – 754 m³
• „Cap Martin” – 13196 m³ (był to nawiększy tego typu statek w tamtych czasach)
• „Pascal” – 6327 m³ (1967 rok, pierwszy statek zdolny do transportu semi-pressurized lub fully refrigerated)

 

Pierwsze statki typu Fully-Refrigerated

Pierwszy na świecie statek typu Fully refrigerated został zbudowany w 1961 roku w stoczni Mitsubishi Heavy Industries w Japonii (Yokohama). Jednostka posiadała niezależne zbiorniki pryzmatyczne typu A o pojemności całkowitej 28,875 m³ i minimalnej temperaturze -45 °C. Nosił nazwę „Bridgestone Maru No 1”

W odpowiedzi na japoński przemysł dwa lata później szwedzka stocznia wypuściła pierwszy europejski model „Paul Endacott” o pojemności 25,012m³ zdolny do przewozu LPG, NH₃ oraz etylenu. Posiadał on 5 niezależnych zbiorników pryzmatycznych o temperaturze minimalnej -51 °C oraz maksymalnym ciśnieniu 0.3 bar. Na pokładzie znajdowały się dwa dodatkowe zbiorniki fully pressurized o pojemności 1,216 m³. Służyły one jako zbiorniki na zapasowy ładunek który służył do schładzania zbiorników podczas zmiany ładunku.

W tym samym roku stocznia w Holandii dostarczyła jednostkę „William R. Grace” o pojemności 12,975 m³ o specjalnej konstrukcji dostosowanej do przewozu amoniaku w stanie w pełni schłodzonym pomiędzy portami Trinidadu, zatoki meksykańskiej i portów krajów Europy. Również Japońska stocznia rozwinęła swój pierwszy projekt i dostarczyła do japońskiego właściciela nową jednostkę „Bridgestone Maru No 2”. Ten projekt był bardzo podobny do standardów budowy statków fully refrigerated oddanych do użytku w tamtych latach – kadłub zewnętrzny jak i część wewnętrzna były elementem drugiej bariery ochronnej w momencie rozszczelnienia zbiornika głównego.

 

Dalszy rozwój przemysłu

Rok 1960 był rokiem szybkiego rozwoju wszystkich typów statków z rodziny LPG. Związane to było z możliwościami produkcyjnymi lepszego gatunku stali oraz ulepszonych metod spawalniczych. Pozwoliło to na zwiększenie pojemności zbiorników fully pressurised do 5000 m³, a w niektórych przypadkach nawet do 10000 m³. Nowoczesne jednostki typu fully pressurised wyposażone zostały w kilka zbiorników sferycznych lub w kształcie cylindra o maksymalnym ciśnieniu roboczym 17 lub 18 barów i temperaturze minimalnej -5 °C. Niektóre jednostki zaopatrzone były w zbiorniki o polepszonych właściwościach stali i pozwalały na utrzymywanie temperatury minimalnej -25 °C.

Z tego samego powodu zbiorniki ładunkowe na statkach typu semi-pressurised pozwalały na załadunek w temperaturze -50 °C, a niedługo potem na rynku pojawiły się statki do przewozu ładunku etylenu w temperaturze -104 °C. Ciągły rozwój technologii i równoległe ulepszanie i dopasowywanie urządzeń do obsługi ładunku i wymagań rynkowych pozwoliły na powiększenie ładowności statku do nawet 25,000 m³, a statki typu fully refrigerated aż do 100,000 m³.Stały się one niezwykle elastyczne dzięki możliwościom przewozu różnorodnych ładunków, a w tym ładunków chemicznych.

 

Płynne gazy petrochemiczne

Większość płynnych gazów petrochemicznych posiada właściwości fizyczne zbliżone do gazów propan i butan, także mogą być one transportowane tym samym typem statków. Do roku 1960 tylko małe ilości amoniaku i jeszcze mniejsze ilości butadienu były transportowane przez statki fully-pressurised. Gwałtowny rozwój technologii pozwolił jednak na podniesienie maksymalnego limitu na przewóz amoniaku – głównie statkami typu fully-refrigerated oraz innych produktów takich jak butadien, propylen oraz chlorek winylu za pomocą statków semi-pressurised. Niektóre bardzo niebezpieczne produkty jak chlor mogą być transportowane wyłącznie w małych ilościach w specjalnie zaprojektowanych statkach typu semi-pressurized ze względu na zastosowanie dodatkowych środków bezpieczeństwa dla załogi i środowiska. Transport Etylenu który posiada zupełnie inną charakterystykę wymaga specjalnie zaprojektowanej konstrukcji.

 

Etylenowce (Ethylene Carrier) – starszy brat statków LNG

Ostatni typ statku z rodziny LPG pojawił się na rynku pod nazwą Ethylene Carrier [Etylenowiec]. Jak nazwa wskazuje służą do przewozu etylenu. Boiling point wynosi -104 °C, a temperatura krytyczna dla etylenu to około 10 °C (Temperatura w której gaz nie może już zostać skroplony pomimo samego wzrostu ciśnienia) dlatego też wymaga się aby przewóz następował w stanie całkowicie schłodzonym lub pod ciśnieniem kilku barów. Podczas budowy zbiorników wymaga się specjalnych materiałów zawierających stal niklowaną (około 5%) lub aluminium. System chłodzenia ładunku wymaga również spełnienia dodatkowych norm, różnych od tych użytych na standardowych jednostkach LPG.

Pierwsze zaprojektowane do przewozu etylenu statki zostały zbudowane w Wielkiej Brytanii w 1966 roku.

• „Teviot” i „Traquair” – 826m³.

Zbiorniki zostały zbudowane ze stopu magnezu i aluminium, a przestrzenie izolacyjne wypełniono poliuretanową pianką która służyła jako druga bariera. Niestety IMO Gas Code, który zaadoptowano dopiero w latach 1970 wymagał podwójnego kadłuba na całej długości statku, a obie jednostki w momencie budowy nie spełniały tego wymogu. Kilka prototypów dzisiejszych Etylenowców to małe jednostki LNG wyposażone w odpowiedni osprzęt do chłodzenia ładunku, jednak dzisiaj typowym etylenowcem jest statek semi pressurised o pojemności od 10,000 do 15,000 m³ z zainstalowanymi samonośnymi zbiornikami bi-lobe typ C zaprojektowanymi do utrzymywania temperatury -104 °C i pracujące pod średnim ciśnieniem 6 barów.

 

Dane projektowe statku „Agnita”

Tabela 1 Dane projektowe statku LPG “Agnita”

Nazwa statku	AGNITA
Typ statku	LPG Tanker
Ładunki	gas oil, kwas siarkowy and LPG (12 cylindrycznych wysokociśnieniowych zbiorników o grubości 24mm)
Budowa rozpoczęta	20/11/1930
Budowa ukończona	03/1931
Projektant	R & W Hawthorn, Leslie & Co Ltd
Stocznia	Hebburn
Numer kadłuba	578
Wymiary	3561grt, 1977nrt, 305.4 x 50.5 x 26.3ft
Silnik	Oil engine, 8cyl (24.3 x 43.3ins), 476nhp
Producent silnika	Werkspoor, Amsterdam
Typ napędu	1x śruba
Materiał konstrukcyjny	Stal
22/03/1941 – Zaatakowana i zatopiona przez niemiecki okręt KORMORAN na pozycji 03.20N – 23.48W. Statek był w podróży z Freetown do Caripito pod balastem.

Auto Ignition temperature

Zdjęia poglądowe statków LPG w latach 1930 – 1970

 

No i to na tyle w tym tygodniu. Kolejny artykuł dotyczący historii statków LNG mam nadzieję w przyszłą niedzielę.