Navios-tanque químicos transportam uma ampla variedade de produtos químicos líquidos sob condições operacionais exigentes. Durante o carregamento, transporte, limpeza dos tanques, troca de carga e descarga, o controle da atmosfera dentro dos tanques de carga pode ser importante para a proteção da carga e a operação segura da embarcação.
Um gerador de nitrogênio para navios-tanque químicos fornece uma fonte de nitrogênio a bordo, produzido a partir de ar comprimido. Em vez de depender totalmente de cilindros de nitrogênio armazenados ou do fornecimento externo de nitrogênio no porto, a embarcação pode gerar nitrogênio de acordo com sua demanda operacional.
Para mais informações sobre os requisitos de tratamento de gases nesse setor, consulte as aplicações da Lingyu para construção e reparo naval.
Por que o nitrogênio é utilizado em navios-tanque químicos?
O nitrogênio pode ser utilizado quando é necessário reduzir a concentração de oxigênio dentro de um tanque de carga, tubulação ou espaço de processo.
Dependendo da carga, do projeto da embarcação e do procedimento operacional, o nitrogênio pode ser utilizado para:
- Inertização de tanques de carga
- Inertização do espaço gasoso dos tanques
- Purga antes do carregamento
- Manutenção de uma atmosfera controlada no tanque durante o transporte
- Purga durante a troca de carga
- Proteção de cargas sensíveis ao oxigênio
- Determinados procedimentos de descarga ou transferência
A necessidade real de nitrogênio depende de fatores como propriedades da carga, volume do tanque, concentração inicial de oxigênio, concentração desejada de oxigênio, pressão de operação, método de purga e requisitos aplicáveis à embarcação ou à carga.
Por esse motivo, a pureza do nitrogênio e a capacidade do gerador devem ser determinadas a partir do procedimento real de manuseio da carga, e não com base em uma única especificação geral.
Maior segurança dos tanques de carga
Algumas cargas químicas podem produzir misturas de vapores inflamáveis ou de outra forma perigosas sob determinadas condições operacionais.
Quando a inertização é necessária, a introdução de nitrogênio pode reduzir a concentração de oxigênio e ajudar a manter uma atmosfera controlada com baixo teor de oxigênio dentro do tanque de carga.
No entanto, o nitrogênio não deve ser tratado como uma medida de segurança isolada. Uma inertização eficaz depende de fatores como:
- Concentração inicial de oxigênio
- Concentração final de oxigênio necessária
- Geometria do tanque
- Método de purga
- Vazão de nitrogênio
- Distribuição do gás
- Controle de pressão
- Equipamentos de monitoramento
- Características da carga
- Procedimentos operacionais
Portanto, o gerador de nitrogênio deve operar como parte do sistema geral da embarcação de gás inerte, manuseio de carga, monitoramento e segurança.
Proteção de cargas sensíveis ao oxigênio
O nitrogênio também pode ser utilizado para reduzir o contato entre cargas químicas e o oxigênio atmosférico.
Uma atmosfera de nitrogênio mantida acima da superfície do líquido pode ajudar a proteger cargas que podem oxidar, degradar, descolorir ou sofrer outras alterações quando expostas ao ar.
A pureza necessária do nitrogênio deve ser determinada com base na especificação real da carga e na concentração máxima permitida de oxigênio, em vez de aplicar um único valor de pureza a todos os navios-tanque químicos.
Em alguns casos, a manutenção da atmosfera correta no tanque pode depender mais de um fornecimento contínuo de nitrogênio, do controle de pressão e da distribuição do gás do que simplesmente da especificação da maior pureza possível de nitrogênio.
O que é um gerador de nitrogênio a bordo?
Um sistema de geração de nitrogênio a bordo produz nitrogênio a partir de ar comprimido e o distribui aos sistemas de carga ou processo que necessitam do gás.
Uma instalação típica pode incluir:
- Compressor de ar ou fornecimento de ar comprimido
- Reservatório de ar
- Secador de ar comprimido
- Sistema de filtragem
- Gerador de nitrogênio PSA
- Tanque pulmão de nitrogênio
- Analisador de nitrogênio ou oxigênio
- Equipamentos de controle de pressão
- Tubulação de distribuição
- Gerenciamento de nitrogênio fora da especificação
A configuração exata do sistema depende das utilidades disponíveis na embarcação, demanda de nitrogênio, pressão necessária, espaço disponível para máquinas e procedimento operacional.
Em vez de selecionar o gerador de nitrogênio como um equipamento isolado, os operadores da embarcação devem definir o sistema completo, desde a geração e o tratamento do ar comprimido até o monitoramento do nitrogênio e sua distribuição ao ponto de uso.
O gerador de nitrogênio PSA da Lingyu pode ser configurado para diferentes requisitos de pureza e capacidade de produção de nitrogênio.
Como funciona a geração de nitrogênio PSA?
O gerador de nitrogênio PSA da Lingyu utiliza duas torres de adsorção contendo Peneira Molecular de Carbono (CMS).
O ar comprimido condicionado entra em uma das torres, onde o oxigênio é adsorvido preferencialmente, enquanto o nitrogênio passa pelo leito como gás produzido.
Ao mesmo tempo, a segunda torre é despressurizada e regenerada. As duas torres alternam automaticamente para manter a geração contínua de nitrogênio.
Dependendo da configuração selecionada, os controles do sistema podem incluir monitoramento da pureza do nitrogênio, monitoramento de vazão, operação baseada em PLC, alarmes e gerenciamento de gás fora da especificação.
Para uma explicação mais detalhada do processo de separação, consulte como funciona um gerador de nitrogênio PSA.
Qual deve ser a pureza do nitrogênio para um navio-tanque químico?
Não existe uma única pureza de nitrogênio correta para todos os navios-tanque químicos ou todas as cargas.
A linha de geradores de nitrogênio PSA da Lingyu inclui diferentes configurações de pureza, mas a pureza adequada deve ser determinada a partir dos requisitos reais de operação.
Entre os fatores importantes estão:
- Propriedades da carga
- Concentração máxima permitida de oxigênio
- Procedimento de inertização necessário
- Condições de operação do tanque
- Vazão necessária de nitrogênio
- Requisito de pressão
- Procedimento de manuseio da carga
- Requisitos específicos da embarcação
Para aplicações em que esse nível de pureza atende ao requisito operacional definido, um gerador de nitrogênio com pureza de 99,5% pode ser uma das configurações a serem avaliadas.
Uma pureza mais elevada não deve ser selecionada automaticamente.
O aumento da pureza do nitrogênio pode afetar a recuperação de nitrogênio, a capacidade de produção disponível e o consumo de ar comprimido. Portanto, a pureza deve ser tratada como um parâmetro de engenharia, e não simplesmente maximizada.
A vazão é crítica para a inertização de tanques
Para aplicações em navios-tanque químicos, a vazão de nitrogênio pode ser tão importante quanto a pureza.
Um sistema utilizado principalmente para manter uma atmosfera de nitrogênio pode exigir uma capacidade muito diferente de um sistema destinado a purgar ou inertizar um ou mais tanques de carga de grande volume dentro de um período limitado.
As informações importantes para o dimensionamento incluem:
- Número de tanques de carga
- Volume individual dos tanques
- Volume total a ser inertizado
- Concentração inicial de oxigênio
- Concentração desejada de oxigênio
- Tempo de purga necessário
- Demanda simultânea dos tanques
- Taxa de carregamento e descarga
- Demanda contínua de inertização
- Cronograma operacional previsto
Portanto, o gerador de nitrogênio não deve ser selecionado simplesmente de acordo com um valor nominal de vazão.
Para orientações adicionais sobre como avaliar pureza, vazão, pressão, ponto de orvalho e requisitos de ar comprimido em conjunto, consulte o guia de especificações de geradores de nitrogênio.
Requisitos de pressão e distribuição
O gerador de nitrogênio também deve funcionar em conjunto com as tubulações a jusante, equipamentos de controle de pressão e sistema de tanques de carga da embarcação.
A pressão necessária do nitrogênio pode variar entre operações de inertização, purga, suporte à transferência e outras operações.
A pressão de entrada do ar comprimido nos sistemas de geração de nitrogênio PSA da Lingyu é de aproximadamente 0,5–0,8 MPa nas condições operacionais aplicáveis.
Essa é a pressão do ar de alimentação do gerador e não deve ser confundida com a pressão final de nitrogênio necessária no tanque de carga ou no ponto de uso.
Quando uma pressão de fornecimento mais elevada é necessária, pode ser preciso considerar armazenamento adicional, aumento de pressão ou outros equipamentos a jusante.
A qualidade do ar comprimido é importante no mar
Um gerador PSA depende de ar comprimido limpo e seco.
Umidade, óleo, partículas e condições inadequadas de entrada podem afetar a CMS, válvulas pneumáticas, filtros, instrumentos e a confiabilidade geral do sistema.
Portanto, uma configuração adequada de pré-tratamento pode incluir:
- Reservatório de ar
- Secador de ar comprimido
- Pré-filtragem
- Filtragem para remoção de óleo
- Filtragem fina de partículas
- Drenagem automática
Um filtro de precisão para ar comprimido adequado pode fazer parte desse sistema de tratamento de ar a montante.
Para os sistemas de geração de nitrogênio PSA da Lingyu, a temperatura máxima do ar de entrada é de aproximadamente 40 °C, a pressão do ar comprimido de entrada é de aproximadamente 0,5–0,8 MPa e o desempenho do ponto de orvalho do nitrogênio pode atingir aproximadamente −40 °C ou menos nas condições operacionais aplicáveis.
O sistema completo ainda deve ser configurado de acordo com o ambiente real da embarcação, a demanda de nitrogênio e a disposição dos equipamentos selecionados.
Monitoramento da pureza do nitrogênio e do nível de oxigênio
Para inertização e manutenção da atmosfera dos tanques de carga, produzir nitrogênio é apenas uma parte do processo.
Os operadores também precisam de métodos adequados para confirmar que o gás fornecido e a atmosfera do tanque de carga permanecem dentro das condições operacionais exigidas.
Dependendo da configuração do sistema, o monitoramento pode incluir:
- Pureza do nitrogênio
- Oxigênio residual
- Vazão de nitrogênio
- Pressão de fornecimento
- Estado operacional
- Condições de alarme
O gerenciamento de nitrogênio fora da especificação também deve ser considerado para que o gás que não atenda à especificação exigida não seja continuamente fornecido ao processo a jusante.
O monitoramento no gerador de nitrogênio não substitui o monitoramento da atmosfera do tanque nem os procedimentos operacionais da embarcação quando estes são exigidos.
Portanto, o sistema completo de inertização deve ser projetado considerando tanto a produção de nitrogênio quanto a verificação das condições reais do processo.
Geração de nitrogênio a bordo vs. nitrogênio armazenado
Um gerador de nitrogênio a bordo pode reduzir a dependência de gás fornecido externamente e fornecer nitrogênio de acordo com a demanda da embarcação.
Entre as possíveis vantagens operacionais estão:
- Menor manuseio de cilindros
- Menor dependência do fornecimento de nitrogênio no porto
- Maior controle sobre a disponibilidade de nitrogênio
- Produção de nitrogênio durante viagens prolongadas
- Redução da logística recorrente de fornecimento de gás
No entanto, a geração a bordo não é automaticamente a opção de menor custo para todas as embarcações.
Uma comparação realista deve considerar:
- Consumo anual de nitrogênio
- Pureza e pressão necessárias
- Capacidade do gerador
- Consumo de energia do compressor
- Requisitos de manutenção
- Espaço disponível para máquinas
- Perfil operacional da embarcação
- Disponibilidade de nitrogênio nos portos
- Requisitos de armazenamento
- Redundância necessária
- Vida útil esperada dos equipamentos
Portanto, a decisão deve ser baseada na operação ao longo do ciclo de vida, e não apenas no preço de aquisição do equipamento.
Considerações de instalação marítima
Um gerador de nitrogênio para navios-tanque químicos deve ser avaliado dentro do ambiente real de instalação da embarcação.
Entre as considerações importantes estão:
- Espaço disponível para máquinas
- Ventilação
- Temperatura ambiente
- Umidade
- Condições salinas ou corrosivas
- Acesso para manutenção
- Disposição das tubulações
- Drenagem
- Alimentação elétrica
- Vibração dos equipamentos
- Integração com o sistema de controle
- Redundância necessária
- Requisitos para áreas classificadas, quando aplicáveis
- Requisitos técnicos específicos da embarcação
As condições a bordo podem ser significativamente diferentes de uma instalação industrial convencional em terra. Portanto, a configuração dos equipamentos, proteção ambiental, instalações elétricas, instrumentação, acessibilidade e integração com os sistemas da embarcação devem ser adequadas às condições reais de instalação.
Certificação e conformidade marítima
Os sistemas marítimos de nitrogênio devem ser selecionados e instalados de acordo com os requisitos aplicáveis à embarcação e à sua operação.
Dependendo da aplicação, os requisitos relevantes podem envolver:
- Classe da embarcação
- Requisitos do Estado de bandeira
- Requisitos da carga
- Classificação de áreas perigosas
- Normas elétricas
- Requisitos de instalação
- Requisitos técnicos específicos da embarcação
- Regulamentos marítimos aplicáveis
Os requisitos específicos variam de acordo com a embarcação e a aplicação.
Portanto, a certificação dos equipamentos, requisitos de classificação, adequação a áreas classificadas e outros requisitos de conformidade devem ser definidos de acordo com a embarcação e a instalação reais.
Aplicações marítimas relacionadas de nitrogênio
A geração de nitrogênio também é utilizada em outras aplicações marítimas e offshore nas quais são necessárias atmosferas controladas, purga ou inertização.
Para aplicações relacionadas em embarcações, consulte o guia da Lingyu sobre geradores de nitrogênio para navios de petróleo e gás.
Navios-tanque químicos e embarcações de petróleo e gás podem apresentar diferentes procedimentos de manuseio de carga, requisitos de gás, condições operacionais e considerações de instalação. Portanto, o sistema de nitrogênio deve ser configurado de acordo com a aplicação específica da embarcação.
Conclusão
Um gerador de nitrogênio para navios-tanque químicos pode proporcionar uma fonte de nitrogênio a bordo para inertização de tanques, manutenção de atmosfera controlada, purga, proteção da carga e outras operações adequadas.
No entanto, a seleção correta do sistema exige mais do que escolher uma porcentagem de pureza do nitrogênio.
Concentração desejada de oxigênio, pureza do nitrogênio, vazão de pico, volume dos tanques, tempo de purga necessário, pressão de fornecimento, qualidade do ar comprimido, monitoramento, condições de instalação e requisitos específicos da embarcação devem ser avaliados em conjunto.
Para aplicações em navios-tanque químicos, o sistema de geração de nitrogênio mais adequado é aquele projetado de acordo com o procedimento real de manuseio da carga e o ambiente operacional, e não simplesmente com a maior pureza ou capacidade disponível.
Consulte a linha de geradores de nitrogênio da Lingyu ou entre em contato com a Lingyu informando o tipo de embarcação, os volumes dos tanques de carga, a concentração desejada de oxigênio, a vazão e pressão necessárias de nitrogênio, as condições do ar comprimido e os requisitos operacionais para a seleção do sistema.
