双燃料集装箱船LNG燃料系统监控系统设计研究
周宇
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周宇,. 双燃料集装箱船LNG燃料系统监控系统设计研究[J]. 设计研究,202111. DOI:10.12721/ccn.2021.157007.
摘要: 双燃料集装箱船LNG燃料系统既液化天然气燃料系统,LNG燃料系统的运行状态关乎到整个双燃料集装箱船的运行安全,因此需要对双燃料集装箱船的LNG燃料系统进行动态监管以保证双燃料集装箱船安全稳定运行,因此需要从LNG燃料系统功能特点以及设计结构出发,来分析LNG燃料系统存在的安全隐患进而实现对LNG燃料系统有效控制。
关键词: 双燃料集装箱船;LNG燃料系统;监控系统
DOI:10.12721/ccn.2021.157007
基金资助:

由于传统双燃料集装箱船利用石油作为动力往往伴随着巨大的污染,因此

随着限硫政策的颁布,超大集装箱船纷纷采用LNG燃料系统作为动力,相比于化石燃料,LNG燃料系统整体动力表现优质,且污染排放较少,可以提升双燃料船的续航能力且成本较低,用发展性眼光和前瞻性思维来分析看待是未来发展的主要趋势,现阶段LNG燃料系统被广泛应用,在LNG燃料系统安全方面各国投以大力关注,主要分为嵌入式监控系统和PLC安全监控系统,需要从LNG燃料系统监控系统设计着手分析以提升监控系统的先进性。

一、双燃料集装箱船LNG燃料系统监控系统功能分析

LNG燃料系统监控系统需要对燃料系统的设备进行状态运行监管,并在运行过程中对运行状态数据进行实时采集梳理、整合、分类分析,并反馈记录,一旦LNG燃料系统出现故障或者发生紧急事故则第一时间进行警报反馈,由于LNG燃料系统监控系统的设备较为复杂且规模大,且双燃料集装船的运行航线距离普遍较远,需要LNG燃料系统监控系统有一定的续航能力。

LNG燃料系统监控系统需要满足数据参数收集分析存储能力并对异常参数进行反馈报警,可以满足一定的常规通讯并自动对设备参数进行调节保证对LNG燃料系统进行实时控制,一旦发生特殊情况及时自动开启应急方案并报警对报警内容进行反馈和记录,在LNG燃料系统监控系统安装设计时需要结合实际需求和LNG燃料系统实际情况进行涉及,保证可以覆盖所有LNG燃料系统,并具备一定的侧重性和针对性,保证经济安全。

二、LNG燃料系统监控系统结构分析

LNG燃料系统监控系统覆盖层面较为广泛,且设备较多需要保证设备具有一定的自动化智能化,一般LNG燃料系统监控系统可根据不同方式进行划分,按照系统可分为供气系统、加注燃料舱系统、通风、火灾燃气探测系统、BOG系统、LNG燃料供应系统和用气系统及LNG燃料系统监控系统终端,而按照区域划分则简单的多只分为四个区域,分别是燃料仓操作、机舱、驾驶室、机舱集控室四个系统结构[1]。

一般情况下通过RS485总线对机舱集控室和机舱进行数据连接,机舱内和机舱集控室内主要由不同的模块组成,机舱内的锅炉和主机以及用气设备安全模块、燃气探测火灾安全模块都通过RS485总线进行连接保证实时反馈传输,RS485总线的传输距离通过测试普遍在八千米左右,可以满足大多数双燃料集装箱船LNG燃料系统监控系统的功能要求。

三、LNG燃料系统监控系统设计原则

LNG燃料系统监控系统直接关系到整个双燃料集装箱船的运行安全,所以需要稳定可靠,保证与单一燃油动力系统的安全性持平,需要通过结合现代化技术可以将LNG燃料系统监控系统的监控仪表连接到管理人员信息系统,保证可以实现远程操控,同时需要保证信息的扩散性,可以迅速准确的将LNG燃料系统监控系统反馈的信息进行传输并存储记录,LNG燃料系统和传统的燃油动力系统有着本质的区别,在进行LNG燃料系统监控系统设计时需要保证一定的差异,保证技术的先进性和适配性,对加注系统的监控系统需要与加注站保证一定的距离,并可以保证自动切断功能,通过传感器来分析感受加注系统的实时状态并科学做出行为反馈[2]。

LNG燃料系统监控系统设计过程中需要保证遵循一定的原则,为了保证燃料舱安全阀设定的压力之前能有效进行预警需要每个燃料舱都设有压力表并标明两个极值,以保证安全性,其次需要在燃料仓的底端顶端和中部位置都设计温度测量装置和液位测量装置,保证可以实时读取燃料舱的液位和温度以及压力,一旦出现异常状态及时触发双向警报装置避免燃料舱注满现象发生,在对LNG燃料系统的燃料舱进行传感器安装设计过程中需要保证一定的密度,并在交付投入使用之前进行严格的检查实验,并在交船后的首次满载和每次干坞时都对燃料仓液位进行提升,提升到报警节点进行报警实验保证系统稳定投入使用。

四、LNG燃料系统监控系统设计分析

LNG燃料系统监控系统主要分为嵌入式和PLC系统,二者各有各的优点,嵌入式LNG燃料系统监控系统相对较为灵活,且体积较小在性能方面抗干扰能力较差但是成本较低,而PLC燃料系统监控系统由于其技术原因更为可靠可以有效抵抗各种干扰因素保证监控系统稳定运行,且整体可控性较为优质,现阶段PLC控制系统已经形成完整的体系且技术已经趋于成熟,主要的设计有控制程序设计和交互界面设计,LNG燃料系统监控系统需要设立独立的仪表保证对LNG燃料系统进行双重监管,并通过数据传输装置将数据传送到上机位,并借助显示装置和控制界面来实现这些数据的显示和控制,整个LNG燃料系统监控系统的不同子系统都会有对应的指示灯来对运行状态进行反馈,一旦出现异常指示灯则会变红并拉响警报以提升工作人员的重视程度。

五、LNG燃料系统加注系统故障及解决措施分析

在LNG燃料系统进行第一次加液时,LNG燃料系统的储存罐内部没有天然气压缩液体所以会触发液压过低的警报系统,这属于常态,一般情况下需要对LNG燃料系统加注过程中的文帝压力和液位进行实时监测,一旦出现液压异常的情况,控制面板终端会进行显示并预警,因此需要针对性关闭1、2、3号气动阀以及ESD01、02号液相、气相加注总管低温紧急切断开关,立即停止充装作业。如果LNG燃料系统液位到高液位之后需要继续充装,需要达到高高液位并触发监控系统警报时再进行ESD01、02号液相、气相加注总管低温紧急切断开关关闭操作,如果在运行过程中LNG燃料系统加注系统监控系统显示液压过低则意味着燃料即将耗尽需要及时进行能源切换或者燃料填充[3]。

针对LNG燃料系统压力异常的现象主要可能是由于燃料罐的管路出现堵塞现象,需要及时进行处理避免出现燃料泄露或者燃料储存罐损坏现象,如果常规检查和维修没有能解决压力异常现象需要开启紧急释放阀门,及时对燃料储存罐进行卸压避免由于储存罐内部压力过大发生安全事故,在加注过程中控制面板和压力表都会实时反馈燃料储存罐内部的压力,一旦出现异常状态则会触发警报提醒操作人员及时卸压,如果没有进行操作当压力达到一定的标准时则会触发应急装置,进行主动卸压作业以保证压力处于安全水平。

总结:从LNG燃料系统监控系统的功能和结构着手进行分析,保证LNG燃料系统监控系统设计标准规范的前提下,对LNG燃料系统监控系统进行功能优化,以满足双燃料集装箱船的安全监控需求,结合双燃料集装箱船实际情况保证监控系统的适配性和实用性,进而保障双燃料集装箱船稳定安全的运营。

参考文献:

[1]李志鹏,马忠丽,李大伟.双燃料大型集装箱船LNG燃料供气系统设计[J].应用科技,2019,46(02):7-12.

[2]程绍坚,顾洪彬,燕辰铭.双燃料集装箱船LNG燃料系统监控系统设计[J].应用科技,2019,46(01):1-5.