Pressure Relief valve sizing for LNG-fueled ships
Öst, Tommy (2019)
Öst, Tommy
Åbo Akademi
2019
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019090426722
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019090426722
Tiivistelmä
Den marina industrin anpassar sig till strängare utsläppskrav. Naturgas som lagras och transporteras i vätskefas (LNG) blir ett allt mer populärt alternativt drivmedel på grund av dess miljömässiga fördelar och energitäthet.
Målet med detta arbete var att utveckla metoder för att dimensionera säkerhetsventiler i ett gasbränslesystem för marinindustrin. Säkerhetsventiler används för att förhindra övertryck i system. Säkerhetsventiler för tanken dimensioneras enligt International Code of Safety for Ships Using Gases or Other Low-flashpoint Fuels (IGF-koden). Inga riktliner ges för nödvändiga säkerhetsventiler i övriga delar av systemet. I arbetet ingår också beräkningar av mottryck i avlastningssystemet enligt gällande föreskrift.
För detta diplomarbete analyserades gasbränslesystemet så att sannolika övertrycksrisker identifierades. Genom att beräkna värmeöverföringen för ett riskscenario erhölls en nödvändig avlastningskapacitet för säkerhetsventilen. En tillräcklig avlastningsyta för säkerhetsventilen beräknades genom att naturgas i gasform avlastades ur ventilutloppet. Adiabatiskt flöde användes för att beräkna mottrycket i avlastningssystemet.
Riskscenarion definierades i övriga delar av systemet. Beräkningar antyder att det inte finns en risk för övertryck då gasfyllda rör värms upp av omgivande luft. Den beräknade avlastningskapacitet som behövs för att skydda rör fyllda med LNG är liten till och med för den minsta tillgängliga säkerhetsventilen. Stora säkerhetsventiler behövs för att skydda systemet mot fallerande styrventiler. Detta kan påverka rördimensionerningen i avlastningssystemet.
I framtiden kunde man undersöka om säkerhetsventilerna som är tänkta att skydda gasfyllda rör skulle kunna tas bort ur systemet. Det är också möjligt att utreda om beräkningar för LNG-fyllda isolerade rör är överflödiga eftersom avlastningskapaciteten som utnyttjas av säkerhetsventiler är låg. The maritime industry is adapting to stricter regulations and global environmental awareness. Natural gas stored and transported as Liquefied natural gas, (LNG) is becoming a popular alternative fuel due to its environmental benefits and energy density.
The aim of this work was to develop pressure relief valve sizing guidelines for a fuel gas handling system. Pressure relief valves are key equipment which need to be correctly defined, to ensure a thorough safety of the system. Tank pressure relief valves are sized according to the current international standard for ships using low-flashpoint fuel. No guidelines are provided for the required relief valves in other parts of the fuel gas handling system. Backpressure was also calculated in the relief system according to the regulation in force.
In this thesis, the system was analyzed to identify credible overpressure risk scenarios. By calculating heat transfer for a defined risk scenario, a required discharge capacity was approximated due to vaporization of LNG. An adequate discharge area for the relief valve was calculated by gas flow in the relief valve outlet. Adiabatic flow in the vent system was used to calculate backpressure.
Risk scenarios were defined for relief valves in other parts of the fuel gas handling system. Calculations indicate that gas-filled pipes heated by ambient air is not at risk of overpressurization. The calculated discharge capacity used, is low for the smallest relief valve available for protection of LNG-filled insulated piping. Large relief valves are needed for control valve failure scenarios, this can affect the design of the discharge piping.
Further work could focus on investigating removal of relief valves in gas-filled pipes heated by ambient air. Excluding calculations for protection of LNG-filled insulated piping could be possible since the capacity used is low for safety valves.
Målet med detta arbete var att utveckla metoder för att dimensionera säkerhetsventiler i ett gasbränslesystem för marinindustrin. Säkerhetsventiler används för att förhindra övertryck i system. Säkerhetsventiler för tanken dimensioneras enligt International Code of Safety for Ships Using Gases or Other Low-flashpoint Fuels (IGF-koden). Inga riktliner ges för nödvändiga säkerhetsventiler i övriga delar av systemet. I arbetet ingår också beräkningar av mottryck i avlastningssystemet enligt gällande föreskrift.
För detta diplomarbete analyserades gasbränslesystemet så att sannolika övertrycksrisker identifierades. Genom att beräkna värmeöverföringen för ett riskscenario erhölls en nödvändig avlastningskapacitet för säkerhetsventilen. En tillräcklig avlastningsyta för säkerhetsventilen beräknades genom att naturgas i gasform avlastades ur ventilutloppet. Adiabatiskt flöde användes för att beräkna mottrycket i avlastningssystemet.
Riskscenarion definierades i övriga delar av systemet. Beräkningar antyder att det inte finns en risk för övertryck då gasfyllda rör värms upp av omgivande luft. Den beräknade avlastningskapacitet som behövs för att skydda rör fyllda med LNG är liten till och med för den minsta tillgängliga säkerhetsventilen. Stora säkerhetsventiler behövs för att skydda systemet mot fallerande styrventiler. Detta kan påverka rördimensionerningen i avlastningssystemet.
I framtiden kunde man undersöka om säkerhetsventilerna som är tänkta att skydda gasfyllda rör skulle kunna tas bort ur systemet. Det är också möjligt att utreda om beräkningar för LNG-fyllda isolerade rör är överflödiga eftersom avlastningskapaciteten som utnyttjas av säkerhetsventiler är låg.
The aim of this work was to develop pressure relief valve sizing guidelines for a fuel gas handling system. Pressure relief valves are key equipment which need to be correctly defined, to ensure a thorough safety of the system. Tank pressure relief valves are sized according to the current international standard for ships using low-flashpoint fuel. No guidelines are provided for the required relief valves in other parts of the fuel gas handling system. Backpressure was also calculated in the relief system according to the regulation in force.
In this thesis, the system was analyzed to identify credible overpressure risk scenarios. By calculating heat transfer for a defined risk scenario, a required discharge capacity was approximated due to vaporization of LNG. An adequate discharge area for the relief valve was calculated by gas flow in the relief valve outlet. Adiabatic flow in the vent system was used to calculate backpressure.
Risk scenarios were defined for relief valves in other parts of the fuel gas handling system. Calculations indicate that gas-filled pipes heated by ambient air is not at risk of overpressurization. The calculated discharge capacity used, is low for the smallest relief valve available for protection of LNG-filled insulated piping. Large relief valves are needed for control valve failure scenarios, this can affect the design of the discharge piping.
Further work could focus on investigating removal of relief valves in gas-filled pipes heated by ambient air. Excluding calculations for protection of LNG-filled insulated piping could be possible since the capacity used is low for safety valves.