沉船抽油監控系統集成設計

張偉，劉晶晶

（煙臺打撈局技術中心，山東 煙臺 264012）

海上溢油是最主要的海洋污染之一[1]。當沉船事故出現，及時地進行抽油作業，是一種減輕次生污染的有效措施[2]。對于水下抽油智能化監控，在2002 年10 月沉沒在西班牙西北海域的“威望號”油輪，貨油回收過程就已經采用[3]，我國尚未在該領域進行相關研究。本課題設計水下抽油作業監控系統，將多種傳感器信息進行匯總，實現多參數集成顯示，實現水下抽油作業數值化、信息化、智能化三者結合[4]，為水下抽油作業提供數據參考。

1 沉船水下抽油監控系統方案

結合常規的水下綜合抽油系統，包含水下開孔機、水下抽油泵及水下加熱器等設備，在抽油系統中的各個設備及油艙中安裝系列傳感器，通過PLC 控制器，將設備的參數通過無線方式傳遞至顯示終端，在終端集中顯示各個設備的作業信息，控制各設備的運行，提高作業效率，保障作業效率。

圖1 監控系統組成

2 抽油系統構成

在渤海無論是冬季寒冷環境下還是夏季水深超70m環境下，水溫均在10℃以下[5]，需要對重油進行水下加熱軟化后才能進行回收。因此，重油回收作業工藝中所涉及的作業常規設備有開孔機，熱水機和抽油泵。

其中，開孔機作用是開抽油孔及加熱孔，開孔過程主要關注開孔機運轉狀態及進給情況，本監控系統設計進給傳感器及轉速傳感器，用以監控開孔機運轉及進給情況，保證開孔機正常運行。

圖2 開孔機絲狀鐵屑

重油抽油泵多為螺桿泵，此系列泵幾乎無吸程，對于粘度較大的重油或者未經加熱的低溫重油，有較強泵送能力，但是受重油粘度影響，輸油管受到較大壓力，輸送距離越大、重油粘度越高、油溫越低，輸油管受到壓力越大。為此在抽油泵上增加粘度傳感器，以監控重油粘度。同時在輸油管路上增加流量計，用來監測輸油量。

圖3 抽油泵增加粘度傳感器

熱水機本身帶溫度表和壓力表，但是在水下加熱時，受加水深及水溫影響，加熱管終端溫度和壓力需要計算及轉換。為能簡化及準確知曉加熱管終端相關參數，設計在加熱管終端附近加設溫度傳感器及壓力計，可以準確掌握進艙熱水溫度及壓力，以及時調整熱水機，達到最高加熱效率。本系統熱水機為自行設計的電磁加熱熱水機。

圖4 電磁加熱熱水機樣機

在燃油艙出油口位置，加裝油水比例傳感器及溫度傳感器，用以判斷水下抽油過程中，抽出的油的比例，配合流量計可計算出純油的含量，以判斷抽油量及所需剩余作業時間，配合調整加熱及抽油效率，以提高抽油作業的整體效率。

對上述功能要求及傳感器設計位置匯總，系統構成可以如下圖表述。

圖5 系統綜合構成

3 系統集成

3.1 顯示終端

水下抽油監測過程所用的壓力、溫度、流量、粘度等傳感器監測的數據采用 PLC 進行采集。利用 PLC 串口通信功能，設置數據傳輸端口、通訊協議、儲存數據位等來獲取數據。使用PLC 編程程序對其所采集信號進行處理，轉換成數據在顯示終端顯示出來。采用觸控終端，可對設備的運轉進行停/啟控制。

監控方式分本地監控和遠程監控。本地監控模式有兩種，第一種PLC 連接觸摸屏進行參數的監控。如圖6 所示。第二種，通過軟件連接PLC 進行參數的監控如圖7 所示。

圖6 PLC 及觸控終端

圖7 參數顯示

根據參數監控要求，顯示/控制界面設置四屏，分別是“參數設置”界面、“參數表一”界面、“參數表二”界面、“手動工作”界面。其中“參數設置”界面是時間設置，主要是開孔、抽油、加熱時長進行控制；“手動工作”界面是啟動控制界面，通過觸屏按鈕進行熱水機、開孔機、抽油泵、伴熱器、熱水泵的啟動及停止控制；“參數表一”界面及“參數表二”界面顯示各傳感器傳輸的數據。四個界面通過觸屏按鈕進行切換。

遠程監控通過無線路由器，手機登錄192.168.1.1網址可以登錄PLC 的WEB 客戶端，對現場設備進行遠程監控，如下圖所示。

圖8 手機監控端

3.2 傳感器

沉船抽油監控系統涉及多個傳感器，如前文所述，主要應用在開孔機、熱水機、抽油泵和油艙位置，傳感器統計如下：

表1 傳感器統計

圖9 傳感器

4 試驗測試

系統設計完成后進行整體組裝進行試驗測試，測試內容為設備的整體運轉、傳感器信號采集、顯示終端。根據前文所述進行傳感器及系統集成，測試分整體性能測試和傳感器單獨信號測試。傳感器測試主要是進行信號傳輸及顯示終端響應測試。整體性能測試包含終端觸屏控制設備運行測試，設備運行時長控制測試，系統整體運行及終端顯示驗證。系統測試分開孔機運行測試，測試開孔機運轉及進給；電磁加熱熱水機測試，測試熱水機溫度及熱水泵壓力；抽油測試，測試油水比例、流量等參數，結合實際油水配比及試驗油艙容量進行參數驗證。測試結果，各傳感器運行正常，所設置的傳感器均在顯示終端有數據給出，結果符合要求。

圖10 試驗系統

5 結論

沉船抽油監控系統集成簡單，數據可靠，能夠準確進行抽油系統的監控及操作控制。相關參數能夠實時進行傳輸，人機交互監測界面簡單明了，工程技術人員在進行作業時可根據界面顯示數據進行抽油情況判斷提高作業效率。從試驗結果看出，該系統滿足水下抽油監控要求，若有沉船抽油作業可在實戰中進行驗證，并根據實戰結果進行系統優化及升級，進一步完善系統使之能夠更好地服務于救撈。