中小型LNG動力船安保系統(tǒng)的設計

劉波濤，李岳洋

(江蘇現(xiàn)代造船技術有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

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中小型LNG動力船安保系統(tǒng)的設計

劉波濤，李岳洋

(江蘇現(xiàn)代造船技術有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

基于無線接入技術，開展了中小型LNG新能源動力船安保監(jiān)測及控制系統(tǒng)的研究與設計。該系統(tǒng)主要應用于柴油-LNG雙燃料動力船，可以實現(xiàn)對所涉及到的監(jiān)測點數(shù)據(jù)的采集，并通過可編程邏輯控制器PLC、GPRS無線通訊模塊進行集中處理，輸出并控制各個氣體燃料閥組，確保各個雙燃料發(fā)動機的安全運行，同時還可以通過無線網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(jiān)控、遠程系統(tǒng)維修，較好地發(fā)揮出船舶運行的安全性和經(jīng)濟性。

液化天然氣船；安保系統(tǒng)；遠程監(jiān)控；自動控制

0　引言

為保證使用LNG作為動力燃料的船舶安全可靠地航行，需要安裝機艙安保檢測及控制系統(tǒng)。安保檢測及控制系統(tǒng)實時監(jiān)控為船上所有雙燃料發(fā)動機運行做保障的外圍機電參數(shù)，當被檢測點數(shù)據(jù)超過設限值時，在船上指定部位發(fā)出聲光報警。其中，當部分傳感器數(shù)據(jù)進一步偏離預定參數(shù)時啟動二級保護，發(fā)出聲光報警的同時輸出動作指令，直接切斷相應的供氣閥組，防止危險的進一步升級。同時雙燃料發(fā)動機可自動轉(zhuǎn)換為柴油模式繼續(xù)航行。

當系統(tǒng)中出現(xiàn)故障且船員無法解決時，以往都需要通過設備廠商來現(xiàn)場解決，使得船舶必須以柴油模式航行至相應碼頭等待維修。而如果能在機艙安保監(jiān)測及控制系統(tǒng)中融入無線接入技術，可以遠程訪問控制系統(tǒng)，則在一定程度上節(jié)省了系統(tǒng)的維護時間，提高了船舶的營運效率。

1　總體設計

設置機艙安保檢測及控制裝置，是用來減少船舶航行過程中因整個LNG系統(tǒng)外圍環(huán)境的問題影響船舶正常航行的情況，從而提高雙燃料發(fā)動機運行的連續(xù)性，提高該類船舶自動化程度。同時當船舶航行過程中安保系統(tǒng)發(fā)生故障時，可通過無線控制模塊對系統(tǒng)進行遠程維護，無線上傳或者下載程序，避免因現(xiàn)場維修所帶來的時間及費用問題。

安保監(jiān)測及控制系統(tǒng)包括供電模塊、輸入部分、輸出部分。供電模塊采用主電源及應急電源雙路供電，提高了可靠性。輸入部分為來自氣罐上的溫度、壓力、液位等監(jiān)測點，來自汽化器上的溫度及壓力監(jiān)測點，來自風機及熱水循環(huán)泵的開關量信號監(jiān)測點，來自可熱氣體探測器及感溫/感煙探頭的電流信號監(jiān)測點，其模擬量輸入點均設計為標準的4～20 mA電流信號，可方便PLC信號的統(tǒng)一處理。輸出部分主要為閥組控制箱、聲光報警器、顯示屏、急停按鈕、GPRS無線通訊模塊。該系統(tǒng)是基于故障安全性設計，具有自動控制、故障信息診斷、顯示及自保功能。

2　功能設計

2.1系統(tǒng)組成

LNG動力船一般基于本質(zhì)安全型機艙設計，氣罐布置在主甲板艉部。該船系統(tǒng)設備布置圖如圖1所示。

(1)氣罐冷箱上設置2臺冷箱防爆風機，冷箱內(nèi)設置2只可燃氣體探測器。

(2)機艙主機上方及發(fā)電機組上方各設置1只可燃氣體探測器。主機GVU閥箱內(nèi)及發(fā)電機組GVU閥箱內(nèi)各設置1只可燃氣體探測器。

(3)在機艙供氣通風導管總管內(nèi)設置1只可燃氣體探測器，且在通風導管出口處設置2臺防爆抽風機，以便排除可燃氣體。

(4)同時在機艙增設1只可燃氣體探測器，與其余2只配合作業(yè)，覆蓋整個機艙，且機艙設置火災報警探測器2只，分別為感溫探測器及感煙探測器。

(5)安保監(jiān)測控制柜設置在為安全區(qū)域的機艙前壁，氣罐加注區(qū)設置加注急停按鈕、防爆型聲光報警器，以便于船舶LNG加注作業(yè)。

圖1　LNG系統(tǒng)設備布置圖

2.2安保監(jiān)測及控制系統(tǒng)的組成

安保監(jiān)測及控制系統(tǒng)包括主控制箱(內(nèi)部有PLC控制器及電源模塊包括主控屏)、駕駛室分顯控制屏、火災感溫/感煙探頭、LNG氣罐及冷箱監(jiān)測區(qū)域、通風導管可燃氣體檢測、機艙熱水循環(huán)泵及控制空氣監(jiān)測、雙燃料主機及雙燃料輔機區(qū)域監(jiān)測、氣動電磁閥控制箱、智能GPRS無線控制模塊(控制器需插入手機SIM卡)。監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

圖2　監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

2.3安保系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

當船舶處于雙燃料為動力正常航行時，此時雙燃料主機及輔機均運行在雙燃料狀態(tài)，且通風導管風機、冷箱風機、可燃氣體探測器、火災探測器、空壓機、熱水循環(huán)泵、氣罐、汽化器等均為正常運行且無報警狀態(tài)。若可燃氣體探測器探測到冷箱內(nèi)可燃氣體濃度高于30%LEL(設定值)時，觸發(fā)主控箱、駕駛室分顯控制屏、氣罐處聲光報警器，此時如無值班人員復位，則該系統(tǒng)將在延時2 min之后，延伸至全船通用報警系統(tǒng)，便于提醒全船人員。當冷箱內(nèi)濃度繼續(xù)上升至40%LEL(設定值)時，觸發(fā)聲光報警裝置的同時，觸發(fā)二級安保系統(tǒng)，輸出DC24 V電源給予氣動控制電磁閥箱，根據(jù)預先編制好的程序及相應的邏輯關系，切斷相應的氣罐閥組，同時雙燃料主機及輔機自動從雙燃料模式轉(zhuǎn)換為柴油模式。此時船舶以柴油模式作為常規(guī)動力繼續(xù)航行，當故障排除且自檢無誤后，方可重新運行雙燃料模式。同時，通過控制箱內(nèi)的GPRS無線控制模塊(通訊協(xié)議與PLC相匹配)，可以實現(xiàn)在任意位置的手機或者電腦(需安裝組態(tài)軟件)可訪問本系統(tǒng)，直接監(jiān)控PLC變量狀態(tài)，實現(xiàn)通過互聯(lián)網(wǎng)控制PLC。當控制系統(tǒng)自身有故障時，船舶無需停靠碼頭等待設備廠商技術人員維修，直接可以通過電腦連接互聯(lián)網(wǎng)，就可以隨時隨地訪問航行中船舶的PLC修改程序，監(jiān)控程序維護設備，輕松實現(xiàn)云監(jiān)控。

當船舶處于充裝作業(yè)且當傳感器監(jiān)測到氣罐內(nèi)液位高于設定值或氣罐內(nèi)壓力高于設定值時，此時將觸發(fā)聲光報警，同時可以自動切斷充裝總管上的自動截止閥，防止?jié)撛谖ｋU的發(fā)生。另外，在充裝區(qū)域設置了緊急停止按鈕以防止閥門控制箱自動控制失效，通過手動急停按鈕，可切斷氣體燃料充裝系統(tǒng)及氣體燃料供應系統(tǒng)中的所有氣動電磁閥組，同時自動打開透氣閥。

安保檢測及控制系統(tǒng)包含了中小型船舶上所有LNG外圍系統(tǒng)，一站式解決LNG運行環(huán)境的監(jiān)測及控制，省去以往單獨可燃氣體探測器探測控制箱、火災報警控制箱，提高了雙燃料動力船的運行安全性和穩(wěn)定性。機艙安保控制系統(tǒng)原理圖見圖3。

圖3　機艙安保控制系統(tǒng)原理圖

3　系統(tǒng)優(yōu)勢

3.1維護便利性強

當安保監(jiān)測及控制系統(tǒng)程序有故障時，船舶無需停靠碼頭等待設備廠商技術人員上船維修。維護人員直接可以通過手機、IPAD或者電腦訪問Web網(wǎng)頁，隨時隨地訪問航行中船舶的PLC，通過互聯(lián)網(wǎng)可以控制PLC。

3.2營運成本低

眾所周知，雙燃料船只有在燃燒LNG時方可實現(xiàn)其較低的運營成本，而機艙安保控制系統(tǒng)是LNG動力船控制的核心部件。使用安保控制系統(tǒng)則可以進一步減少因相關設備故障而靠泊碼頭環(huán)節(jié)以及廠家上船維修的環(huán)節(jié)，大大提高了船舶以LNG燃料航行時的工況時間，節(jié)省了船舶運營成本。

3.3運行可靠性高

系統(tǒng)方案采用GPRS、短信2種通訊相結(jié)合的方式，解決了傳統(tǒng)模塊不穩(wěn)定的問題，并通過非透明傳輸?shù)姆绞竭\行，實現(xiàn)多包并發(fā)采集，智能數(shù)據(jù)壓縮等先進算法，極大提高了系統(tǒng)的相應速度，降低50%以上的流量費用。另外，用戶無需搭建中心服務器，無需固定IP地址，通過遠程下載及修改程序就能監(jiān)控程序維護設備，輕松實現(xiàn)云監(jiān)控。

4　結(jié)語

近年來在船舶動力系統(tǒng)的改進方面，考慮到船舶排放等污染問題，LNG動力將逐步取代燃油動力船舶。現(xiàn)如今，大型LNG動力船海上與岸上的通訊一般需通過INMARSAT海事衛(wèi)星實現(xiàn)，安保控制系統(tǒng)如使用無線技術，費用昂貴且難以大規(guī)模推廣。而中小型LNG動力船大多航行于內(nèi)河及沿海航區(qū)，船舶所航行的路線也基本被路基移動網(wǎng)絡所覆蓋。船上與岸上也基本可以實現(xiàn)手機通訊，資費低廉，便于此類安保系統(tǒng)裝置的推廣及應用。

LNG動力船機艙安保監(jiān)測及控制系統(tǒng)對提高船舶的航行效率及設備的運行效率起到了促進作用，同時也希望對船舶上其他系統(tǒng)有所幫助，共同促進國內(nèi)船用設備技術的進步。

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[3]王峰，濮繼林．LNG 動力船舶發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J]．江蘇船舶，2011，28(5):16-17.

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2016-02-22

劉波濤(1986—)，男，工程師，從事船舶電氣設計；李岳洋(1986—)，男，工程師，從事新能源船型開發(fā)設計及船舶動力裝置。

U662.2

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