LNG Aufbereitung und Tank Systeme. Dipl. Ing. Michael Kraack Hamburg, den 8. Oktober 2014 LNG Fachsymposium 2014

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1 LNG Aufbereitung und Tank Systeme Dipl. Ing. Michael Kraack LNG Fachsymposium 2014

2 HISTORIE VON MARINE SERVICE 1958 Gründung der Marine Service GmbH durch Dr. Karl-Heinz Krämer 1959 Zeichnungsprüfung und Bauaufsicht für das erste Frachtschiff seit 1970 Technische Planung und Konstruktion von mehr als 20% der bestehenden LNG Tanker Flotte weltweit Approval in Principle für ein LNG Tank und Bunker System als Marine Fuel Supply seit 2010 Design, Projekt Management, Zeichnungsprüfung und Wartungsplanung für Offshore Konverter Plattformen Design, Zeichnungsprüfung und Bauaufsicht für den ersten LNG Tanker seit 1974 Machbarkeitsstudien, Standortplanung, Gefahrenanalysen, etc. für LNG Terminals weltweit Type Approval Design für einen LNG Fuel Tank Container

3 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

4 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 Bilobe- Type-C Tanks Druck ca. 4 bar Panel oder Schaum isoliert Größe ca. bis 10,000 m³ per Tank LNG Container Type-C Tank und IMDG-Tank Druck 6 bis 10 bar Vakuum isoliert Größe mit 40m³ per Tank

5 LNG TANK TYPEN: TYP C Trilobe- Type-C Tanks Druck ca. 4 bar Panel oder Schaum isoliert Tankgröße: Volumenverbesserung von bis zu 30%

6 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 m³ per Tank Type A Tank Type B Tank

7 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 Type A Tank Membrane Type Tank

8 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

9 PANEL SYSTEM MOSS TYPE Source: KAEFER

10 KRÄFTE PANELE MOSS TYPE LNG Skirt: Stress and deformation between 20 C and 162 C N / mm² C 20 C Source: KAEFER LNG Aufber eitung und 24 Tank

11 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

12 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

13 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.

14 VAKUUM ISOLIERUNG Vakuum Hohlraum mit Perlite Füllung Source: Ziemann International Verdichtete Perlite Füllung, blockiert die freie Bewegung von Rohrleitungen und Dehnungsschleifen + Verbleibende Isolierung falls das Vakuum nachlässt + Einfach anzuwenden - Höhere Wärmeleitfähigkeit - Risiko der Verdichtung unter Vibration

15 VAKUUM ISOLIERUNG Vakuum Zwischenraum mit Strahlungs- Folie + Geringe Wärmeleitfähigkeit + Freie Bewegung von Rohrleitung im Vakuum Raum möglich + Kleinerer Vakuum Raum - Hohe Wärmeleitfähigkeit bei Vakuumverlust - Hohe Anforderung bei der Installation notwendig

16 AUSLEGUNG LNG FUEL TANK Source: motorship

17 EINFLÜSSE TANK DESIGN Wieviel Energie wird benötigt? Fahrprofiel Verbrennungsanlagen DF oder Pure Gas Wie ist die Bunker Frequenz? Streckenabhängig Tankstellenabhängig Wieviel vom Tankvolumen ist nutzbar? Bunker Temperatur Tank Design und Einstellung des Sicherheitsventils Antriebs Energie Bunker Frequenz Bunker Temperatur Druckentlastung Elektrische Energie

18 LNG FUEL TANK TYP C

19 LNG FUEL TANK TYP C Fall 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 Einstellung Sicherheitsventil Relative Dichte, Betankung: PL 422,6 kg/m³ Betankungsanteil 98% Ladbares Volumen: VL 83% 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

20 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

21 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.

22 LNG Aufbereitungssysteme Die Trennung der Verdampfer Funktion und die Gas Erhitzung verbessern die Druck- und Temperatur Stabilität des Fuel-Gases.

23 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.

24 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)

25 LNG GAS BEHANDLUNGSRAUM

26 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

27 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

28 CONTAINER IN CELL GUIDES Bis zu 6 LNG Tank Container in einem Stack LNG Container Schlauch Verbindungen in Cell Guides Source: Marine Service

29 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).

30 LNG TROCKENKUPPLUNG

31 LNG RORO PROJEKT

32 LNG POWER BARGE PROJEKT Stromerzeuger LNG Tank Container

33 LNG POWER BARGE PROJEKT

34 LNG PROJEKT: FESTE TANKS Installation von festen Tanks in vertikaler Ausführung für ein Projekt auf den Great Lakes

35 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.

36 LNG TANKSYSTEME: FSRU LNG FSRU LNG Tanker Regas & Abgang OLT LNG FSRU Golar Frost (2003) Offshore Livorno, Italy Unterwasser Gas Pipeline an Land LNG FSRU FSRU TOSCANA Source: Marine Service

37 FSRU VERTEUUNGS SYSTEM LNG FSRU FSRU TOSCANA Source: Marine Service Drehanker Source: LMC

38 LNG VERTEILUNG HAMBURG

39 LNG BUNKERMÖGLICHKEITEN

40 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

41 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.

42 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.

43 LNG MOORING SHIP TO SHIP

44 LNG VERTEILUNG HAMBURG

45 Rußwolke über Hamburg, 4.Oktober 2014 Foto: News Art Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Michael Kraack Geschäftsführer +49(0) Marine Service GmbH Mattentwiete 1 D Hamburg Germany Phone