IL TRASPORTO DEI GAS LIQUEFATTI ALLA RINFUSA

INTRODUZIONEIn gas viene trasportato via mare allo stato liquido in quanto occupa un volume notevolmente inferiore: ad esempio un litro di GNL (gas naturale liquido) si trasforma in 600 litri di GN (gas naturale)La liquefazione di un gas si può ottenere: a) per raffreddamento; b) per compressione; c) con una combinazione di "a" e "b".La liquefazione di un gas per sola compressione, tuttavia, è possibile solo dopo che il gas sia stato portato ad una sua temperatura caratteristica, in genere sempre piuttosto bassa, che si chiama temperatura critica (temperatura al di sopra della quale non è possibile liquefare il gas).In definitiva un gas può essere: • totalmente raffreddato; • totalmente pressurizzato; • semi-refrigerato.E' evidente che il gas totalmente pressurizzato presuppone contenitori molto robusti e quindi pesanti, capaci di sopportare elevate pressioni; per alleggerire i contenitori del carico oggi viene scelta quasi esclusivamente la tecnica della totale refrigerazione.Il trasporto totalmente refrigerato è molto più conveniente, ma le basse temperature rendono fragili e materiali a contatto con il gas. Tale trasporto è stato possibile solo con la progettazione di speciali leghe per la costruzione delle cisterne e l’adozione di particolari materiali isolanti per mantenere le cisterne alla basse temperature.Le gassiere trasportano: gas naturali liquefatti (GNL) come il metano; i gas di petroli liquefatti (GPL) come propilene, propano, butano. alcuni prodotti che potrebbero rientrare fra i cosiddetti "chimici", come ammoniaca e il cloruro di vinile.

DEFINIZIONIPer meglio capire quanto verrà detto in seguito, è necessario definire alcuni termini:TENSIONE DI VAPORE: è la pressione di equilibrio esercitata dal vapore sul liquido ad una determinata temperatura;TEMPERAURA DI RIFERIMENTO: è la temperatura alla quale la tensione di vapore del carico raggiunge il valore della pressione alla quale è regolata la valvola di sicurezza.TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE: è la temperatura alla quale la tensione di vapore uguaglia la pressione esterna (generalmente si riferisce alla pressione atmosferica); alla temperatura di ebollizione in gas liquefa alla pressione atmosferica (1013 hPa).TEMPERATURA CRITICA: è la temperatura al di sopra della quale un gas non può essere liquefatto per sola compressione.TEMPERATURA DI INFIAMMABILITA’: in inglese è detta “Flash Point”; essa è la temperatura alla quale un liquido emette vapori sufficienti a creare con l’aria una miscela infiammabile.TEMPERATURA DI AUTOACCENSIONE: è la temperatura alla quale un liquido inizia il processo di combustione; essa è sempre piuttosto alta, intorno ai 400/600 °C.La seguente tabella mostra, per i gas più comuni, le temperature:

Ebollizione Te (alla pressione atmosferica); Critica Tc; Infiammabilità Ti; Autoaccensione Ta.

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GAS Te Tc Ti Ta

Metano −161 −83 −175 595

Etilene −104 9 −150 425

Etano −89 32 −125 510

Propilene −48 92 −108 458

Propano −42 97 −105 468

Ammoniaca −33 132 −57 615

Cloruro di vinile −13 157 −78 472

Butano −1 152 −35 430

Il diagramma seguente riporta, invece le temperature di ebollizione di alcuni gas in funzione della pressione.

a) butano; b) cloruro di vinile; c) ammoniaca; d) propano; e) propilene; f) etano; g) etilene; h) metano

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PERICOLI ASSOCIATI AL MANEGGIO DEL CARICO

I pericoli associati al maneggio del carico sono:PERICOLO D’INCENDIO: esso dipende dalla temperatura d'infiammabilità, dal punto di ebollizione, dal campo d' infiammabilità e dalla temperatura di autoaccensione dei gas trasportati.PERICOLO PER LA SALUTE: esso dovuto all'effetto irritante o tossico che i gas presentano per la pelle, le mucose degli occhi, del naso, della gola e dei polmoni.

• MAC: la sigla MAC significa massima concentrazione accettabile; essa indica la massima concentrazione in aria di un gas (o vapore) alla quale si ritiene che un individuo possa lavorare per otto ore al giorno e per tutta la vita.

• TLV: sigla usata dagli americani e significa “valore limite della soglia di sopportabilità”.• LD 50 ORALE; LD 50 PELLE; LC 50: sono i limiti di tossicità; essi indicano le dosi

considerate letali per il 50% dei soggetti sottoposti a prova, rispettivamente per somministrazione orale, attraverso la pelle o per inalazione. LD 50 si applica a sostanze liquide o solide, LC 50 ai vapori.

PERICOLO DI INQUINAMENTO AMBIENTALE: esso dipende prevalentemente dalla densità relativa dei prodotti riferita all'aria e dalla solubilità in acqua.PERICOLO PER LE STRUTTURE DELLE CISTERNE E DELLA NAVE: esso è legato alle basse temperature dei gas totalmente refrigerati: quando un metallo è sottoposto ad un forte e rapido raffreddamento esso diventa fragile.

CARATTERISTICHE STRUTTURALI DELLE GASSIEREI gas liquefatti, pressurizzati o refrigerati, quando per qualche causa vengono a trovarsi in libera comunicazione con l’ambiente esterno (pressione atmosferica e temperature ordinariamente maggiori di 0°C), evaporano rapidamente formando una nube infiammabile e/o tossica che oltre ad inquinare l’aria, può investire pericolosamente la nave. Pertanto, l’ubicazione delle cisterne o dei serbatoi del carico, rispetto agli altri tipi di navi, deve offrire un grado di protezione maggiore nei confronti dei danni che possono derivare da collisioni o incagli.Per tale motivo, per le cisterne o serbatoi del carico sono prescritti tre gradi di protezione: il grado più alto è richiesto per il trasporto di prodotti che presentano il maggior pericolo verso l’ambiente circostante; gli altri due gradi sono richiesti per i prodotti progressivamente meno pericolosi.Lo spazio riservato al carico può essere costituito da:

Cisterne integrate; Cisterne indipendenti.

Le cisterne integrate fanno parte integrante della struttura della nave; in pratica esse non differiscono molto dalle cisterne delle moderne navi petroliere, e quindi separate dai fianchi della nave da una conveniente intercapedine.Le cisterne indipendenti non costituiscono parte integrante della struttura della nave in quanto esse sono installate sulla nave dopo la costruzione della stessa.In generale, le cisterne integrate sono progettate per sopportare pressioni non superiori alla pressione atmosferica; si parla, in tal caso, di cisterne a gravità. Le casse indipendenti, invece, possono anche essere “a pressione”, cioè capaci di sopportare pressioni superiori a quella atmosferica; in tal caso le casse si chiamano serbatoi.Il sistema di contenimento del carico è formato generalmente da:

Barriera primaria: la lamiera del serbatoio a contatto diretto con il carico; Barriera secondaria: a tenuta di liquido e progettata per garantire il contenimento di qualsiasi

fuoriuscita di carico; Scafo della nave (che può coincidere con la barriera secondaria);

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Sistema di isolamento termico posto tra le barriere, nonché tra barriera secondaria e la parte interna dello scafo.

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Tutte le cisterne o casse sono dotate di indicatori di livello, di pressione, di temperatura. Inoltre tutte le cisterne sono dotate di un impianto di sfogo gas, progettato in modo da ridurre al minimo la possibilità di ingresso dei gas negli alloggi, nel locale macchine e negli spazi dove sono presenti sorgenti d'ignizione.Su ogni cisterna sono applicati, allarmi di alto livello, sistemi per prevenire il rigurgito del carico o valvole automatiche di drenaggio (spill valves), valvole a pressione-depressione o valvole di sicurezza che si aprono solo quando la pressione in cisterna supera il valore di taratura della valvola stessa.Generalmente lo sfogo gas avviene attraverso tubi che si dipartono da ogni cisterna e possono collegarsi ad un unico collettore comune, sempre che ci sia compatibilità fra i gas scaricati da ciascuna cisterna.Infine, un sistema di monitoraggio controlla l'atmosfera nelle intercapedini fra le cisterne e lo scafo della nave; mentre un impianto di ventilazione meccanica permette di ventilare alcuni spazi frequentati dall'equipaggio durante le operazioni di carico e scarico.

IMPIANTI PER IL CARICO – impianto di riliquefazione.Gli impianti per la caricazione, la discarica e il maneggio del carico sono: 1) Un impianto costituito da un sistema di tubazioni collegate a pompe immerse poste sul fondo delle cisterne, con la parte motrice situata in coperta; 2) Un impianto di riliquefazione; 3) Un generatore di gas inerte secco.L’impianto caratteristico delle gassiere, che non si trova su altri tipi di navi, è senza dubbio l’impianto di riliquefazione. Esso ha lo scopo di riliquefare i vapori che inevitabilmente si formano nello spazio fra la superficie del carico e il cielo della cisterna (vapori di Boil Off); senza questo impianto, i suddetti vapori farebbero aumentare la pressione in cisterna, farebbero scattare la valvola di sicurezza e si disperderebbero nell' atmosfera. Poiché il processo, in certe condizioni, è continuo, si correrebbe il rischio di arrivare nel porto di discarica senza carico. Il principio di funzionamento dell'impianto è quello di un comune frigorifero: i vapori di boil off vengono compressi mediante un compressore (esso è il cuore dell'impianto), raffreddati in un condensatore mediante un liquido refrigerante (per eliminare il calore generato dalla compressione), e infine lasciati espandere nella camera di espansione, che in

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questo caso è la cisterna stessa. L’espansione produce l’abbassamento della temperatura necessario alla riliquefazione.

OPERAZIONI DA EFFETTAURE PRIMA DELLA CARICAZIONELe operazioni che si effettuano nelle cisterne delle gassiere che trasporti un carico refrigerato sono: 1) la deumidificazione; 2) l'inertizzazione; 3) la messa sotto gas (gassatura); 4) la messa a freddo.La deumidificazione, che si effettua con gas inerte secco, si rende necessaria per eliminare qualsiasi traccia di vapore acqueo dalle cisterne. L'acqua, infatti oltre a reagire pericolosamente con certi prodotti, ghiaccerebbe sicuramente alle basse temperature alle quali si opera bloccando pompe, filtri, valvole e strumenti di misura. Contemporaneamente alla deumidificazione viene effettuata anche l’inertizzazione il cui scopo è quello di rendere inerte l’atmosfera delle cisterne. L'inertizzazione viene spesso effettuata con azoto quando i composti presenti nel comune gas inerte possono reagire con i vapori del carico.La gassatura consiste nel sostituire nelle cisterne, al posto del gas inerte, i vapori del carico. Questa operazione è necessaria perché sia nella messa a freddo che durante la caricazione si deve usare l'impianto di riliquefazione per condensare i vapori del boil off; se in questi vapori dovesse esserci anche gas inerte esso, poiché non condensa alle temperature alle quali generalmente si opera, potrebbe contrastare la riliquefazione accumulandosi nel condensatore.La messa a freddo si effettua prima di iniziare la caricazione per ridurre gli stress alle cisterne causati da rapide variazioni di temperatura o da forti differenze della stessa fra il fondo e le altre parti della cisterna all'inizio della caricazione.

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La messa a freddo si può effettuare spruzzando un certo quantitativo di gas liquefatto attraverso una linea spray che termina sotto il cielo delle cisterne; lo spruzzo deve continuare fino a quando non si formi un certo strato di liquido sul fondo della cisterna.Resta evidente che se si vuole effettuare la messa a freddo in mare (cioè prima di arrivare nel porto di caricazione) bisogna avere a bordo un certo quantitativo di carico come rimanenza del viaggio precedente o stoccata in apposite cisternette in coperta.

LA CARICAZIONEPrima di arrivare in porto bisogna accertarsi del buon funzionamento degli impianti, in particolare delle valvole a chiusura rapida; bisogna approntare eventuali flange riduttrici e tutta l'attrezzatura antincendio.Prima di effettuare qualsiasi operazione il comandante scambia reciproche informazione con il rappresentante del terminale; in particolare, il comandante deve avere informazioni precise sulla pressione e sulla temperatura alle quali si trova il carico nei serbatoi a terra e sulla necessità di collegare una linea di ritorno vapore; infine bisogna stabilire la portata di caricazione.

LA DISCARICAEssa si effettua con i mezzi di bordo: pompe sommerse e compressori.Se necessario, per evitare il vuoto in una cisterna, man mano che si scarica si possono introdurre in essa i vapori prelevati da un' altra cisterna o da terra attraverso una linea di ritorno.Alla fine della discarica, si rimuovono anche i vapori rimasti in cisterna; essi sono inviati a terra direttamente con il compressore oppure, previa riliquefazione, con le pompe dello stripping.L'indicazione della totale discarica dei vapori è fornita dai manometri: quando la pressione in una cisterna scende al di sotto di un certo valore, significa che essa può considerarsi vuota.

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