hệ thống thông gió hầm hàng trên tàu

Hệ thống thông hơi của tàu dầu phải đạt được 3 điểm sau: 1. Hạn chế sự thoát ra của bất kì lượng hơi nào do áp quá cao 2. Tạo sự an toàn đối với lượng hơi nguy hiểm ở môi trường không khí bên ngoài 3. Cung cấp lượng không khí để thay thế bất kì độ chân không nào được tạo nên bởi dầu bị co lại bên trong các két hay do việc dỡ hàng

Khi chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, dầu không chỉ giản nở mà còn bốc hơi

và sự mất mát do bay hơi đối với hàng là rất lớn đặc biệt là loại hàng nhẹ nếu cứ để khí thoát tự nhiên Mặt khác nếu hầm hàng lại được làm kín hoàn toàn, nhiệt độ cứ tiếp tục tăng cao thì hàng sẽ bốc hơi nhiều hơn cho đến khi hơi dầu đạt được bằng áp suất ở bề mặt thoáng của hàng và chúng tác động vào các bề mặt vách bao quanh và các bộ phận khác của hầm hàng làm Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng nữa thì chúng sẽ tự giải phóng bằng cách làm vỡ điểm yếu nhất của hầm hàng Tương tự khi bơm hàng vào một khoang chứa kín, điều quan trọng là phải bảo đảm việc thông khí cho khoang chứa thật tốt, nếu không áp cao sẽ làm khoang bị biến dạng Còn khi bơm hàng ra thì áp suất chênh lệch sẽ làm khoang bị bóp méo.Vì lí do đó các khoang chứa hàng trên tàu dầu đều trang bị hệ thống thông hơi

Hệ thống thông hơi được thiết kế thích hợp cho các loại tàu dầu nhằm hạn chế sự tổn thất quá mức cho phép của hàng hoá do sự bay hơi, khống chế sự rò rỉ của các loại khí nguy hiểm Chúng không phải chỉ có đảm bảo thông khí vào và ra mà còn phải thông sạch khí dầu, loại khí dễ cháy khỏi khoang hàng

Hệ thống thông hơi của tàu dầu phải đạt được 3 điểm sau:

1 Hạn chế sự thoát ra của bất kì lượng hơi nào do áp quá cao

2 Tạo sự an toàn đối với lượng hơi nguy hiểm ở môi trường không khí bên ngoài

3 Cung cấp lượng không khí để thay thế bất kì độ chân không nào được tạo nên bởi dầu bị co lại bên trong các két hay do việc dỡ hàng

Hệ thống thông hơi trên tàu dầu gồm có hai loại chính: hệ thống độc lập

và hệ thống tập trung

● Hệ thống thông hơi độc lập

Hệ thống thông hơi độc lập được trang bị trên một số tàu dầu bao gồm đường ống 3 inches (7.6 cm); được lắp vào mỗi két và thường đặt trên đỉnh của các két Đường ống này cao 3 feets (khoảng 1m) có bịt bằng nút sắt hoặc lưới chống ngọn lửa Trên đó có đặt một van PV (Van PV: Pressure – Vacuum relief valve) van họat động khi áp suất vượt quá gía trị cài đặt

(Thông thường là 0.142 kg/cm 2 và 0.035 kg/cm 2)

Ưu điểm của hệ thống này là giá thành bởi chiều dài của ống không cần lớn Nhược điểm là khi dầu bốc hơi hệ thống không xả được với tốc độ cần thíêt để làm phân tán nhanh hơi dầu, đồng thời van cũng dễ bị tắc bởi cặn hoặc chất sáp dù với lượng nhỏ cũng đều gây nên sự cố

●Hệ thống thông hơi tập trung

Với hệ thống này, đường ống thông hơi sẽ đi từ một khoang chứa ra và được nối vào một đường ống thông hơi chính chạy dọc suốt theo chiều dài boong tàu Đường ống khí chính này sau đó lại nối với các cột không khí để dẫn khí thoát lên Các cột không khí này thường bố trí với những cấu trúc thẳng đứng như cột trước của tàu Độ cao của chúng từ 9 đến 12 m trên mặt boong chính.Với độ cao như vậy

hệ thống sẽ đảm bảo cho các loại khí dầu, thường có tỉ trọng lớn hơn không khí được phân tán hết ở trên cao trước khi có thể rơi xuống boong tàu Tuy nhiên việc để thoát ra liên tục

sẽ làm hao hụt hàng hoá vì vậy người ta đặt ở chân cột không khí một van gọi là van áp lực chân không (PV: Pressure – Vacuum Relief Valve )

Khi xuống hàng vào các khoang thì một lượng không khí rất lớn trong khoang này sẽ bị đẩy ra ngoài Lượng này thường quá lớn so với sức cho thoát của van PV, trong trường hợp như vậy thì chính van PV lại trở thành vật cản trở khí thoát nhanh ra ngoài Để khắc phục tình trạng này phải đưa van PV ở chế độ bằng tay trước khi bắt đầu xuống hàng để cho không khí trong khoang thoát tự do ra ngoài khi rót hàng vào khoang Ngay sau khi kết thúc làm hàng cần đặt van nhả áp suất về vị trí tự động

Hệ thống đường ống thông hơi tập trung có ưu điểm là khí được thoát ra ngoài một cách thích hợp ở trên cao của mặt boong Tuy nhiên nó có nhược điểm là làm bẩn lẫn nhau qua hệ thống thông hơi khi chuyên chở nhiều loại hàng khác nhau, một nhược điểm nữa là khi có trục trặc trong đường ống thở Van P.V với đồng hồ đo áp suất

chính như van áp suất bị hỏng hay kẹt thì sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ các hầm hàng trong toàn hệ thống

Trên các tàu dầu hiện nay, để giảm bớt hệ thống đường ống thì các hệ thống đường ống thở dùng chung với đường ống của hệ thống khí trơ IGS

(Inert gas system) Các khoang hàng của tàu được chia ra thành nhiều nhóm,

mỗi nhóm có đường ống thở riêng và một van By-pass nối song song với một van PV

Khi load hàng phải cho mở van nhánh, lúc mức dầu tăng lên thì cũng là lúc hơi trong khoang bị nén và thoát ra ngoài không khí ở độ cao nhất định trên mặt boong qua cột thở (Mast riser) Nhưng khi unload hàng thì phải đóng van nhánh đế lấy khí trơ IG vào khoang

Đường ống thở tập trung dùng chung với hệ thống đường ống khí trơ

Các cột thở hoặc các van PV đều phải đặt cao khỏi mặt boong một độ cao quy định để cho hơi dầu không gây nguy hiểm trên mặt boong Mỗi đường

ống dẫn vào khoang đều có một van cách ly khoang (Tank isolating valve)

để cách ly từng khoang hàng khỏi hệ thống đường ống thở, khi cần phải thanh lọc hơi dầu (Gas free) ở một khoang nào đó thì đóng van này lại để cách ly Cần nhớ rằng khi cách ly một khoang hàng nào đó thì phải mở

đường thở cho riêng khoang đó, chẳng hạn như mở nắp khoang để không hình thành áp lực hay chân không trong khoang đó.

Hệ thống đường ống thở tập trung nhưng tách biệt khỏi đường IGS

●Hệ thống thu gom hơi dầu

Khi tàu ở cảng nhận hàng vào các két thì, dầu hàng sẽ tràn vào đẩy hơi dầu và khí trơ trong khoang ra ngoài Ở những cảng mà việc thải hơi dầu này

ra môi trường bị cấm thì chúng cần phải được thu gom và chuyển lên bờ đem đi xử lí Thu gom hơi dầu là để chống ô nhiễm không khí

Đầu nối của hệ thống thu gom hơi dầu dùng để chuyển lên bờ phải được đặt càng gần cụm đầu ống bốc dỡ hàng hoá (cargo manifold) càng tốt Tại đầu nối này phải có van cách ly (isolating valve) và được ghi nhãn

“VAPOR” bằng màu theo đúng qui định để dễ nhận biết (dãi màu đỏ 0,1 mét, dãi màu vàng 0,8 mét )

● (Inert Gas System – IGS)

Phương pháp làm hàng nhờ sự hỗ trợ của khí trơ được gọi là “làm hàng kín”.Theo qui định của Marpol 73/78, “các tàu dầu mới” 20 000 GT phải được trang bị hệ thống khí trơ (Inert Gas System –IGS), nhưng điều đó không bắt buộc đối với các tàu nhỏ hơn Các “tàu dầu hiện có” dung tích 20

000 GT trở lên phải trang bị hệ thống khí trơ trước ngày 1 tháng 5 năm 1985; các tàu dầu 70 000 GT trở lên phải trang bị trước ngày 1 tháng 5 năm 1983

Nhiều năm trước đây, khi chưa có hệ thống khí trơ thì hơi dầu trong khoang các tàu dầu thoát trực tiếp ra không khí, như vậy không khí bên ngoài sẽ tràn vào khoang và trộn lẫn với hơi dầu trong khoang Không khí có chứa oxygen khi trộn với hơi dầu (hydro cacbon) theo một tỉ lệ nào đó sẽ tạo thành hỗn hợp khí cháy vô cùng nguy hiểm (Flamable Range) Sử dụng khí trơ để làm đầy không gian giữa đỉnh hầm hàng và bề mặt thóang của dầu là một bước tiến bộ từ quan điểm an toàn vì môi trường của hỗn hợp nổ bên trong két đã bị loại trừ Rủi ro do cháy nổ được giảm đáng kể khi tàu bị đâm

va hay bị những sự cố khác

Điều kiện để hình thành sự cháy liên

tục

( hoặc nổ nếu trong không gian kín )

− Oxy >11 % (thành phần Oxy trong không khí bình thường

là 21 % )

− Khí dầu Hydrocarbon 1,5%  9% trong hỗn hợp khí

− Nguồn nhiệt (mồi lửa)

− Nguyên liệu cháy

Phương pháp của hệ thống khí trơ là thay vì không khí rút vào khoang hàng khi bơm dầu ra, một hỗn hợp khí trơ không cháy được bơm vào, đẩy không khí bình thường có 21 % oxy đang có mặt trong khoang ra ngoài và thay thế chíêm toàn bộ không gian trống trong các khoang hàng Như vậy sau khi dỡ hàng xong thì trong khoang hàng chứa đầy khí trơ cung cấp từ hệ thống khí trơ Inert Gas System –IGS, còn khi rót hàng vào tàu thì khí trơ thoát ra ngoài qua các van áp suất chân không PV ở độ cao qui đinh hoặc theo đường ống chuyển lên bờ ở những cảng mà không cho thải khí ra môi trường xung quanh Có nghĩa là khi làm hàng hay khi tàu hành trình, chạy ballast; không khí cũng không lẫn vào trong khoang hàng, mang lại hiểu quả chống cháy nổ rất cao

• Hoạt động chung của một hệ thống khí trơ trong một hành trình

Tại cảng dỡ hàng chạy ballast đến cảng nhận hàng hành trình trên biển

Trước khi ra khơi tất cả các két hàng phải được kiểm tra đảm bảo rằng không còn rác rưởi, dụng cụ, máy móc hoặc bất kì vật gì không cần thíêt sót lại trong khoang Kiểm tra đảm bảo các thiết bị đo, thiết bị sấy… được cố định trong khoang, sau đó mới bắt đầu khởi động hệ thống khí trơ Khí trơ từ buồng máy ra đạt yêu cầu như: được làm sạch không chứa lưu huỳnh quá mức; nồng độ oxy dưới 5 %; và được làm lạnh thì đã có thể đưa vào làm trơ hóa các khoang hàng Dùng thiết bị đo nồng độ oxy trong khoang nếu dưới 8% thì đóng kín khoang lại Công việc tiếp tục với các khoang khác, cho đến khi tất cả các khoang đều được trơ hoá thì ngừng hệ thống khí trơ lại

Đến cảng nhận hàng, nước dằn trong các két dằn sạch (CBT) được bơm

ra để chuẩn bị nhận hàng thì ta phải khởi động hệ thống khí trơ đưa khí trơ vào thay thế cho nước dằn bơm ra này, nếu không làm như vậy thì khi bơm nước ra không khí chứa 21 % oxy tràn vào làm tăng nồng độ oxy trong khoang lên Sau khi bơm nước dằn ra xong thì ngừng hệ thống khí trơ Trước khi nhận hàng, mỗi một két đều phải được kiểm tra bằng thiết bị đo hàm lượng oxy và làm rõ hàm lượng oxy nằm trong giới hạn cho phép Khi nhận hàng, khí trơ sẽ bị đẩy lên cột không khí và thoát ra ngoài do vậy các van thông hơi phải được mở để cho phép dầu vào trong két chiếm chỗ của khí trơ; ngay sau khi xuống hàng xong thì hệ thống khí trơ có thể được khởi động lại, bổ sung khí trơ để duy trì định mức áp suất khí trơ trong khoang; tuy nhiên nếu hàng hoá chở là hàng có áp suất bay hơi cao thì lượng khí dầu toả ra từ hàng này vừa đủ duy trì áp suất trong hệ thống, do đó không nhất thiết khởi động lại hệ thống khí trơ Khi các két được nạp bổ sung và khi kết thúc quá trình nhận hàng thì mức oxy và giới hạn nổ ở khoảng trống trong két phải được kiểm tra lần nữa

Khi đến cảng dỡ hàng hệ thống khí trơ phải hoạt động để đưa khí trơ vào khoang thế chỗ cho hàng hoá bị đưa lên bờ Điều quan trọng là phải duy trì

áp suất đúng mức trong hệ thống khí trơ, nếu áp suất xuống thấp hay bị chân không thì không khí sẽ tràn vào trong khoang Trong trường hợp hệ thống khí trơ bị trục trặc không thể duy trì được áp suất thì phải giảm tốc độ làm hàng thậm chí là ngừng làm hàng để giải quyết sự cố

Ngay sau khi dỡ hàng và trong khi bơm nứơc dằn vào để chạy ballast thì người ta phải dừng hệ thống khí trơ lại, và chỉ được khởi động lại khi tàu đã nhận đủ ballast (cho hành trình đến cảng nhận hàng), mục đích là thông sạch hơi dầu còn sót lại trong khoang ra ngoài

• Các phương pháp tạo ra khí trơ trên tàu dầu

Có nhiều phương pháp tạo ra khí trơ trên tàu, thông thường nhất là phương pháp sử dụng khí lò lấy từ khí thải nồi hơi, thiết bị hóa hơi từ Nitơ lỏng

− Phương pháp tạo khí trơ từ khí thải nồi hơi

Hầu hết các hệ thống khí trơ đều sử dụng khí thải từ nồi hơi mà bình thường nó bị thải ra ống khói của tàu Hỗn hợp khí lò thoát ra từ nồi hơi, ở điều kiện cháy tốt sẽ bao gồm :

Carbondioxide (CO2 ) 12 % - 14%

Sulphurdioxide (SO2 ) 0,2 % - 0,3 %

(Hình trên là sơ đồ sử dụng khí trơ lấy từ nồi hơi)

Khí thải từ nồi hơi thường có nhiệt độ cao và chứa một lượng Sulphurdioxide (SO2) có thể làm bẩn một số loại hàng và ăn mòn kim loại Muốn sử dụng khí lò và tránh được tác dụng xấu của nó, người ta phải làm lạnh và lọc sạch khí lò bằng cách cho khí lò đi qua một “tháp lọc khí” (Scrubbing tower)

Nguyên lí hoạt động của tháp lọc khí là cho khí lò đi vào tháp từ bên dưới và đi ra khỏi tháp ở bên trên, đồng thời bơm nước vào bên trên cho rơi chảy xuống dưới qua một loạt các đập tràn và màng ngăn đặt trong lòng tháp; trong quá trình đi từ dưới lên, luồng lách qua nước, qua các màng

ngăn, các đập tràn, khí lò sẽ được làm lạnh và làm sạch Để có thể cấp cho tháp lọc một lượng nước đáng kể, người ta trang bị thêm cho hệ thống này một máy bơm riêng và lắp đặt vào máy nhiều thiết bị chỉ thị báo động đảm bảo an toàn trong việc cấp nước Các thiết bị này giúp cho người vận hành

hệ thống khí trơ luôn biết được tình hình và những sự cố trong việc cung cấp nước cho tháp lọc

Sau khi rời tháp lọc, khí trơ bị quạt gió hút đi qua một

van điện đặc biệt gọi là “van cách ly hút” để vào các

khoang hàng thông qua đường dẫn khí trơ (IG main) Van

này được điều khiển tự động, nó đóng lại khi quạt gió bị hư

hoặc do thiếu hụt nước cung cấp cho bộ phận lọc, nhằm đảm

bảo không cho hơi hydrocarbon đi ngược trở lại vào không

gian buồng máy Tuy nhiên trong thực tế chúng lại thường bị

khí trơ làm hỏng, vì vậy để đảm bảo an toàn cho hệ thống thì

cần thiết thêm thiết bị phụ trợ; biện pháp tốt nhất được sử

dụng rộng rãi để giải quyết vấn đề này là sử dụng van nước

một chiều trên boong (Deck water seal) được gọi là “bẫy

nước”

“Bẫy nước” đó chính là một bồn chứa nước ở phần đáy, một ống dẫn khí trơ cắm xuống mực nước trong bồn và một đầu dẫn khí ra ở phần trên Khí trơ dưới áp lực của quạt theo ống dẫn chui qua nước đi lên phía trên rồi theo các đường ống khí trơ đến các khoang hàng Nếu áp lực của khí trơ từ buồng máy ra bị giảm hình thành hiện tượng áp súât ngược “back pressure” thì nước sẽ đi vào ống dẫn khí trơ ở đầu vào và trở thành vật cản không cho hơi dầu đi từ khoang hàng qua đường ống khí trơ vào buồng máy

Từ đầu ra của “bẫy nước” trên boong khí trơ đi đến “van chặn PV chứa chất lỏng” (Liquid pressure and vacuum breaker ) có tác dụng giải phóng

áp suất hoặc chân không khi áp suất tăng hay giảm đột ngột trong đường ống khí trơ Từ đây khí trơ theo đường ống dẫn khí trơ vào khoang hàng qua các ống nhánh xuyên qua mặt boong hoặc ở miệng khoang hàng hay thông qua đường ống hàng ở đáy khoang

Hình quạt gió

• Nguyên lý hoạt động của bẫy nước ( Deck water seal)

Mục đích của bẫy nước là ngăn cản khí Hydrocacbon từ khoang hàng chạy ngược vào buồng máy theo đường dẫn khí trơ Cấu tạo của bẫy nước bao gồm các bộ phận như: kính xem mực nước, đường cấp nước biển, lỗ tràn, cuộn dây gia nhiệt dùng khi tàu hành trình ở vùng có nhiệt độ thấp tránh tình trạng nước bị đông thành đá làm cho bẫy nước mất tác dụng

Nguyên lý có thể giải thích đơn giản như sau, đầu vào của đường ống dẫn khí trơ cho ngập trong một thùng chứa nước Khí trơ có áp suất cao hơn nên thổi thành bong bóng đi qua nước, sau đó từ đầu ra (outlet), khí trơ chạy vào đường ống hệ thống khí trơ dẫn vào các khoang hàng Khi vì một lý do nào

đó, áp suất của khí trơ ở thiết bị tạo khí trơ giảm xuống khiến cho nước hút vào đầu đường ống vào (inlet), hình thành một cái “ nút nước” ngăn cản khí hydrocacbon chạy ngược từ khoang hàng theo đường ống vào khu vực buồng máy Bình thường phải chú ý đến mức nước trong “bẫy nước” và bổ sung để cho bẫy nước hoạt động hiệu quả

Với loại bán khô (“Semidry” type) ở điều kiện bình thường, dòng khí trơ chuyển động từ đầu vào đến đầu ra tạo nên một ống chân không (ở chỗ có tiết diện nhỏ) hút nước trong “bẫy nước” vào đường ống chân không, nhờ vậy mà lượng nước bị lẫn vào với khí trơ đi đến các két được giảm đáng kể Khi áp suất khí trơ bị giảm xuống hình thành áp súât ngược thì nước không còn bị ống chân không hút nữa nên chạy ngược trở lại vào “bẫy nước” như lúc ban đầu bịt kín không cho khí trơ hay hơi dầu quay trở lại buồng máy Với loại khô (“Dry” type) thì hoạt động phức tạp hơn, nước được chứa sẵn trong két trên cao (“drop tank”) cùng với van điều khiển tự động điều