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LNG Aufbereitung und Tank Systeme - LNG
LNG Aufbereitung und Tank Systeme Dipl. Ing. Michael Kraack Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Fachsymposium 2014 HISTORIE VON MARINE SERVICE 1958 Gründung der Marine Service GmbH durch Dr. Karl-Heinz Krämer ’60 1959 Zeichnungsprüfung und Bauaufsicht für das erste Frachtschiff ’70 1969 Design, Zeichnungsprüfung und Bauaufsicht für den ersten LNG Tanker Hamburg, den 8. Oktober 2014 ’80 seit 1970 Technische Planung und Konstruktion von mehr als 20% der bestehenden LNG Tanker Flotte weltweit 2009 – 2010 Approval in Principle für ein LNG Tank und Bunker System als “Marine Fuel Supply” ’90 seit 1974 Machbarkeitsstudien, Standortplanung, Gefahrenanalysen, etc. für LNG Terminals weltweit LNG Aufbereitung und Tank Systeme seit 2010 Design, Projekt Management, Zeichnungsprüfung und Wartungsplanung für Offshore Konverter Plattformen ’2000 ’10 2010 – 2013 Type Approval – Design für einen LNG Fuel Tank Container LNG as Marine Fuel LNG VERBRAUCHER AN BORD Lieferung von Fuel Gas mit spezifischen Drücken und Temperaturen in den Grenzen von: • Hauptmaschine • Gas Motoren und Dual-Fuel Motoren: 5 bis 6 bar • Langsam Läufer Motoren mit Hochdruckeinspritzung: 300 bar • Hilfsmaschinen/Generator: 5 bis 6 bar • Heizkessel: 0.5 bis 2 bar Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG TANK TYPEN: TYP “C” • Zylindrische Type-C Tanks • Druck 6 bis 10 bar • Vakuum, oder PU Panel isoliert • Größe bis ca. 500m³ per Tank LNG Container • Bilobe- Type-C Tanks Type-C Tank und IMDG-Tank Druck 6 bis 10 bar Vakuum isoliert Größe mit 40m³ per Tank Druck ca. 4 bar Panel oder Schaum isoliert Größe ca. bis 10,000 m³ per Tank Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG TANK TYPEN: TYP “C” • Trilobe- Type-C Tanks Druck ca. 4 bar Panel oder Schaum isoliert Tankgröße: Volumenverbesserung von bis zu 30% Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG TANK TYPEN: TYP “B” / “A” Type-A und B Tank Druck < 0,7 bar Selbststützende Konstruktion mit Innen liegender Struktur Panel Isolierung mit nur partieller zweiten Barriere TYP „B“ Panel Isolierung ohne zweite Barriere TYP „A“ Größe bis zu 10.000 – 45.000 m³ per Tank Type „B“ Tank Type „A“ Tank Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG TANK TYPEN: MEMBRANE • Membrane • Druck ca. 0.3 bar max 0,7 bar • Schaum oder Kästen mit Perlite Füllung mit zweiter Barriere • Passt sich der Außenhaut an • Größe bis zu 45,000 m³ per Tank Membrane Type Tank Type „A“ Tank Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG TANK ISOLIERUNGEN Isolierung Vorteile Nachteile PU- Schaum Isolierung Kosten Effizient Risiko von Eisbildung Entflammbar Teure Abfallbeseitigung Benötigt eine zweite Barriere Vakuum Perlite Isolierung Nicht brennbar Geringe Wärmeleitfähigkeit Einfache Verarbeitung Hat eine zweite Barriere Restisolierung nach Vakuumverlust Risiko das Vakuum zu verlieren bei Undichtigkeiten Hohe Isolierungskosten mit Industrievakuum Aerogel Matten Nicht brennbar Geringe Wärmeleitfähigkeit Jeder Layer hat eine Dampfsperre Hohe Materialkosten Risiko von Eisbildung Benötigt zweite Barriere Vakuum Isolierung Stahlungsfolie Nicht brennbar Geringste Wärmeleitfähigkeit Hat eine zweite Barriere Risiko das Vakuum zu verlieren bei Undichtigkeiten Höchste Isolierungskosten durch Hochvakuum ca. 10 x höher Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel PANEL SYSTEM MOSS TYPE Source: KAEFER Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel KRÄFTE PANELE MOSS TYPE LNG Skirt: Stress and deformation between 20 °C and –162 °C N / mm² -144 -107 -126 -16 -35 -53 -71 20 2 °C -89 -162 °C 20 20 °C °C Source: KAEFER Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufber eitung und 24Tank LNG as Marine Fuel LNG TANK ISOLIERUNGEN Wärmeeintrag in einen LNG Tank • Bunkerdruck: 1,1 bar (a) • Umgebungstemperatur: 45°C • LNG Temperatur: -161°C Effektive Wärmeleitfähigkeit (W/mK) • PU-Schaum gealtert: ≈ 0,02 • Vakuum Perlite: ≈ 0,0025 • Arogel Matten: ≈ 0,013 Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG TANK ISOLIERUNGEN Minimal mögliche Qualität der Isolierung Der Wärmeeintrag in den Tank sollte 10 kW nicht überschreiten: • PU-Schaum: ≈ 260mm • Vakuum Perlite: ≈ 35mm • Arogel Matten: ≈ 165mm Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme VAKUUM ISOLIERUNG Um sicherzustellen, dass eine Haltezeit von 80 Tagen und mehr für den Fuel Gas Tank erreicht werden kann, ist ein Vakuum Druck von 10-4 mbar notwendig. Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme VAKUUM ISOLIERUNG Vakuum Hohlraum mit Perlite Füllung Source: Ziemann International Verdichtete Perlite Füllung, blockiert die freie Bewegung von Rohrleitungen und Dehnungsschleifen Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme + Verbleibende Isolierung falls das Vakuum nachlässt + Einfach anzuwenden - Höhere Wärmeleitfähigkeit - Risiko der Verdichtung unter Vibration VAKUUM ISOLIERUNG Vakuum Zwischenraum mit StrahlungsFolie + Geringe Wärmeleitfähigkeit + Freie Bewegung von Rohrleitung im Vakuum Raum möglich + Kleinerer Vakuum Raum - Hohe Wärmeleitfähigkeit bei Vakuumverlust - Hohe Anforderung bei der Installation notwendig Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel AUSLEGUNG LNG FUEL TANK Source: motorship Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel EINFLÜSSE TANK DESIGN Bunker Wieviel Energie wird benötigt? Frequenz • Fahrprofiel • Verbrennungsanlagen DF oder Pure Gas Wie ist die Bunker Frequenz? • Streckenabhängig • Tankstellenabhängig Wieviel vom Tankvolumen ist nutzbar? • Bunker Temperatur Bunker Temperatur • Tank Design und Einstellung des Sicherheitsventils Antriebs Energie Elektrische Energie Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme Druckentlastung LNG as Marine Fuel LNG FUEL TANK TYP C Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG FUEL TANK TYP C Temp. Druck Dichte (°C) (bar absolut) (kg/m³) Betankungstemperatur -162,0 1,00 422,6 Bezugstemperatur -121,0 11,00 359,6 Relative Dichte, Bezug, PR 359,6 kg/m³ Relative Dichte, Betankung: PL 422,6 kg/m³ Betankungsanteil 98% Ladbares Volumen: VL 83% Fall Einstellung Sicherheitsventil des Gesamt Tank Volumens bei -161,6°C In diesem Fall können < 80% des Volumens genutzt werden! Raum für Dampfphase ~ 17% Maximum Flüssig Level = 83% Minimum Flüssig Level Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG Aufbereitungssysteme Funktionen: Die Lieferung von Fuel Gas in vorgegeben Druck und Temperatur Limits. • Kontrolle des Lagertankdrucks • Handhabung des Boil-Off • Bunker Unterstützung • Möglichkeit zum Gasfreimachen des LNG Tanks für z.B. eine Werftliegezeit Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG Aufbereitungssysteme Einfachstes Design mit Pressure Build-Up (PBU) Verdampfen von LNG zum Erhöhen des Tank Drucks. Der Verdampfer wird genutzt zur Vergasung und zur Kontrolle der Fuel-Gas Temperatur. Die aus dem Tank geleitete Gasphase verringert den Tankdruck. Der Verdampfer wird als Erhitzer für die Gasphase eingesetzt. Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG Aufbereitungssysteme Die Trennung der Verdampfer Funktion und die Gas Erhitzung verbessern die Druck- und Temperatur Stabilität des Fuel-Gases. Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG Aufbereitungssysteme Wenn der Gas –Treibstoff auch während des Bunkervorgangs genutzt werden soll, ist eine LNG Pumpe erforderlich. Diese Pumpe kann auch im Fall von schlechten Wetterbedingungen genutzt werden, falls der Tankdruck auf Grund von Sloshing kollabiert. Die LNG Pumpe ist in einem vakuumisoliertem Behälter eingebaut. Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG Aufbereitungssysteme Falls die Bunker Rohrleitung zu lang ist, muss eine Vorkühlung erfolgen. Ein „line cool-down“ ist notwendig. Die Pumpe kann auch zum Sprayen des LNG Tanks genutzt werden, um den inneren Tankdruck zu verringern und somit den Bunkervorgang zu beschleunigen. Ebenfalls kann die Pumpe zum Entleeren des Tanks genutzt werden (Gasfreiheit) Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG GAS BEHANDLUNGSRAUM Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG FUEL TANK CONTAINER • ISO LNG Tank Container: • IMDG Gefahrgutcontainer • IGC Typ C Tank (Drucktank) Container mit der Zulassung als Bunkertank • Vakuum Isoliert mit extrem langer Haltezeit von bis zu 80 Tagen • Trockenkupplungssystem mit Break-Away Vorrichtung zur Vermeidung von LNG Austritt Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG FÜR CONTAINER SCHIFFE Marine Service Entwicklung eines 40“ ISO LNG Tank Containers für die ausgelagerte Betankung in einer sicheren Zone mit LNG. LNG as Fuel mit dem Marine Service LNG Tank Container auf einem Feeder Schiff Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel CONTAINER IN CELL GUIDES Bis zu 6 LNG Tank Container in einem Stack LNG Container Schlauch Verbindungen in Cell Guides Source: Marine Service Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG TROCKENKUPPLUNG Die von Marine Service entwickelte Trockenkupplung besitzt eine Break-Away Vorrichtung und hat ein TÜV Zertifikat mit über 1000 Kuppel-versuchen fast ohne Leckrate (10-5 mbar * l / sek) . Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG TROCKENKUPPLUNG Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG RORO PROJEKT Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG POWER BARGE PROJEKT Stromerzeuger Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Tank Container LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG POWER BARGE PROJEKT Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG PROJEKT: FESTE TANKS Installation von festen Tanks in vertikaler Ausführung für ein Projekt auf den Great Lakes Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG as Marine Fuel LNG GVU EINHAUSUNG Zum nachträglichen Einbau eines LNG Antriebs wird eine GVU (Gas Valve Unit) Einhausung verwendet. Damit bedarf es keiner zusätzlichen Ex-Schutz Ausführung des Maschinenraums, welche sehr teuer und schwierig zu installieren wäre. Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG TANKSYSTEME: FSRU LNG FSRU Regas & Abgang LNG Tanker OLT – LNG FSRU “Golar Frost” (2003) Offshore Livorno, Italy LNG FSRU “FSRU TOSCANA” Source: Marine Service Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme Unterwasser Gas Pipeline an Land FSRU VERTEUUNGS SYSTEM LNG FSRU “FSRU TOSCANA” Source: Marine Service Drehanker Source: LMC Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG VERTEILUNG HAMBURG Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG BUNKERMÖGLICHKEITEN Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG TRUCK TO SHIP Hohe Flexibilität: Trucks können zum Anleger des zu versorgenden Schiffes fahren Eingeschränkte Treibstoffmenge: Mit Trucks ist die LNG Liefermenge sehr begrenzt, oder es müssen viele Trucks eingesetzt werden. Sicherheitskette bedenklich z.B. Notstop Sicherheitszone: Absperrung MS “Viking Grace” in Finland Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG SHORE TO SHIP Die Infrastruktur an Land ist vorbereitet, aber nicht alle Schiffe sind für Ladearme ausgerüstet. Viele Terminal sind nur als Import Terminal ausgelegt an denen nicht getankt werden kann. Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG SHIP TO SHIP LNG Bunkerschiffe haben eine relativ große Kapazität und sind flexibel im Ort der Betankung. Die Bunkerprozedur ist ähnlich der heutigen Oil / Diesel Prozeduren Die Vorschriften für das Bunkern sind heute noch nicht einheitlich. Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG MOORING SHIP TO SHIP Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme LNG VERTEILUNG HAMBURG Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Aufbereitung und Tank Systeme Rußwolke über Hamburg, 4.Oktober 2014 Foto: News Art Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Michael Kraack Geschäftsführer [email protected] +49(0) 172 60 600 Marine Service GmbH Mattentwiete 1 D-20457 Hamburg Germany Phone +49 40 36 90 30
