Dimensjonering av oksygenerings anlegg for delvis lukkede laksemerder

Abstract

Lakselus er en betydelig utfordring i dagens oppdrettsnæring. Løsninger på luseproblematikken inkluderer bruken av luseskjørt rundt oppdrettsmerden for å hindre lus i å komme til. En annen løsning er å bruke lukkede merder. Begge disse forhold krever at det tilføres ekstra oksygen til fisken i merden. En annen faktor som også kan kreve ekstra tilførsel av O2 er algeoppblomstring. Enkelte hevder at O2 metningsprosenten i vannet alltid bør være over 90 %, noe som ofte vil kreve en kontinuerlig tilførsel av oksygengass til merden. I denne oppgaven er det sett på utforming og dimensjonering av et system for lagring og tilførsel av oksygen gass til merdanlegg. Som utgangspunkt for dimensjonering er det satt følgende to forutsetninger, det regnes på 1 MTB, snitt vekt laks 1 kg og vanntemperatur 15 oC. Det foreslåtte systemet inkluderer tank for lagring av flytende O2 på land, transport av flytende O2 ut til merdanlegg på båt med påmontert konteiner rack. På merdanlegget ligger flåte/lekter med lagringskontainer for flytende O2. videre er det foreslått en væskekjølt O2 fordamper for å gjøre LOX om til gass. Som innblander er det foreslått et mikroboble injeksjonssystem fra Pentair. Det totale oksygenforbruket under de gitte forutsetningene er beregnet til 184,74 kg/time. Litteratursøk viser store variasjoner i beregningen av oksygenforbruket hos laks i sjøvann. Mye av oppgaven har bestått i å utforme og dimensjonere et system for omdanning av flytende O2 til gass. Grunnet det store O2 behovet ville en tradisjonell luftfordamper bli veldig stor i omkrets/volum, den vil være upraktisk å plassere på en flåte og kostnadskrevende. Alternativ teknologi med bruk av væskefordamper ble derfor utredet. Her ble erfaring fra gassifiseringsanlegg for LNG tatt inn. Med basis i det lave kokepunkt for LOX (-183 oC) vil det være problematisk å kjøre direkte veksling mot sjøvann, Sjøvann fryser og en tinesyklus vil kreve dobbel kapasitet. Det ble derfor valgt å benytte et system med propan som mellom kjølemedium. Propan ble brukt til fordamping av LOX og sjøvann ble brukt til fordamping av propan. På denne måten reduseres faren for frost i fordamperen. Dimensjonering av fordampere viste seg å være en betydelig utfordring, og det var vanskelig å finne data for faseovergang for oksygen ved ulike trykk. Ved dimensjonering av fordamper oppstod utfordringer ved faseforandring, dette medførte til økt trykk og hastighet, og redusert ledningsevne. Dette gjorde det vanskelig å beregne diameteren og lengden til rørene, og hastigheten til mediene. Noen overslagsberegninger er gjennomført samt sammenligning med lignende eksisterende anlegg.

Sea lice pose a considerable challenge to the existing salmon farming industry. Solutions to combat the sea lice problem include the use of protective skirts around the salmon cages to prevent lice from entering the cage. A different solution is to use closed cages. Both options require the supply of additional oxygen to the fish inside the cages. Another factor that may require extra supply of O2 is algal bloom. Some contend that O2 saturation in the water should always be above 90 percent but this would require a continuous supply of oxygen gas to the cage. This thesis discusses the design and dimensioning of a system for the storage and supply of oxygen gas to cage facilities. The dimensioning rests on two assumptions and includes calculations based on 1 MAB (maximum allowed biomass), salmon of an average weight of 1 kg and a water temperature of 15 oC. The proposed system includes an onshore storage tank for liquid O2 (LOX) and transport of LOX to the cage facility using a boat fitted with a container rack. A raft/barge with a LOX storage container onboard is located adjacent to the cage facility. Furthermore, it is proposed to install a liquid cooled O2 vaporizer to convert LOX to gas. The proposed solution is to use a Pentair micro bubble injection system as mixer. The total oxygen consumption under the given assumptions is calculated at 184.74 kg/hour. Literature searches show major variations in the calculation of oxygen consumption for salmon in sea water. A considerable part of the thesis is devoted to designing and dimensioning a system for converting LOX to gas. Since large amounts of O2 is required, a traditional air vaporizer would need to have a very big circumference/volume, and it would be impractical and costly to install such a device onboard a barge. Alternative technology using a liquid vaporizer was therefore studied. This included a review of experiences from using LNG gasification plants. Based on the low boiling point for LOX (-183 oC) it would be difficult to run a process with direct seawater exchange. Seawater freezes and a thaw cycle would require double capacity. Consequently, a system with propane as an intermediate cooling medium was chosen. Propane was used for LOX vaporization and seawater was used to vaporize propane. This reduces the vaporizer freeze risk. Dimensioning the vaporizers turned out to be a considerable challenge and it proved difficult to find data for oxygen phase conversion at various pressures. The process of dimensioning the vaporizer also posed challenges due two phase changes which resulted in increased pressure and flow rate as well as reduced conductibility. This made it difficult to calculate the diameter and length of the pipes and the media flow rates. Some calculation estimates were carried out and comparative studies of similar existing facilities were also made.