中小型LNG動力船安保系統的設計

劉波濤，李岳洋

(江蘇現代造船技術有限公司，江蘇 鎮江 212003)

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中小型LNG動力船安保系統的設計

劉波濤，李岳洋

(江蘇現代造船技術有限公司，江蘇 鎮江 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測及控制系統的研究與設計。該系統主要應用于柴油-LNG雙燃料動力船，可以實現對所涉及到的監測點數據的采集，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，確保各個雙燃料發動機的安全運行，同時還可以通過無線網絡實現遠程監控、遠程系統維修，較好地發揮出船舶運行的安全性和經濟性。

液化天然氣船；安保系統；遠程監控；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。安保檢測及控制系統實時監控為船上所有雙燃料發動機運行做保障的外圍機電參數，當被檢測點數據超過設限值時，在船上指定部位發出聲光報警。其中，當部分傳感器數據進一步偏離預定參數時啟動二級保護，發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。同時雙燃料發動機可自動轉換為柴油模式繼續航行。

當系統中出現故障且船員無法解決時，以往都需要通過設備廠商來現場解決，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測及控制系統中融入無線接入技術，可以遠程訪問控制系統，則在一定程度上節省了系統的維護時間，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系統外圍環境的問題影響船舶正常航行的情況，從而提高雙燃料發動機運行的連續性，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發生故障時，可通過無線控制模塊對系統進行遠程維護，無線上傳或者下載程序，避免因現場維修所帶來的時間及費用問題。

安保監測及控制系統包括供電模塊、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、液位等監測點，來自汽化器上的溫度及壓力監測點，來自風機及熱水循環泵的開關量信號監測點，來自可熱氣體探測器及感溫/感煙探頭的電流信號監測點，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系統組成

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

(1)氣罐冷箱上設置2臺冷箱防爆風機，冷箱內設置2只可燃氣體探測器。

(2)機艙主機上方及發電機組上方各設置1只可燃氣體探測器。主機GVU閥箱內及發電機組GVU閥箱內各設置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，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)安保監測控制柜設置在為安全區域的機艙前壁，氣罐加注區設置加注急停按鈕、防爆型聲光報警器，以便于船舶LNG加注作業。

圖1　LNG系統設備布置圖

2.2安保監測及控制系統的組成

安保監測及控制系統包括主控制箱(內部有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氣罐及冷箱監測區域、通風導管可燃氣體檢測、機艙熱水循環泵及控制空氣監測、雙燃料主機及雙燃料輔機區域監測、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)。監測系統如圖2所示。

圖2　監測系統示意圖

2.3安保系統功能的實現

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，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、熱水循環泵、氣罐、汽化器等均為正常運行且無報警狀態。若可燃氣體探測器探測到冷箱內可燃氣體濃度高于30%LEL(設定值)時，觸發主控箱、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，則該系統將在延時2 min之后，延伸至全船通用報警系統，便于提醒全船人員。當冷箱內濃度繼續上升至40%LEL(設定值)時，觸發聲光報警裝置的同時，觸發二級安保系統，輸出DC24 V電源給予氣動控制電磁閥箱，根據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換為柴油模式。此時船舶以柴油模式作為常規動力繼續航行，當故障排除且自檢無誤后，方可重新運行雙燃料模式。同時，通過控制箱內的GPRS無線控制模塊(通訊協議與PLC相匹配)，可以實現在任意位置的手機或者電腦(需安裝組態軟件)可訪問本系統，直接監控PLC變量狀態，實現通過互聯網控制PLC。當控制系統自身有故障時，船舶無需?？看a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網，就可以隨時隨地訪問航行中船舶的PLC修改程序，監控程序維護設備，輕松實現云監控。

當船舶處于充裝作業且當傳感器監測到氣罐內液位高于設定值或氣罐內壓力高于設定值時，此時將觸發聲光報警，同時可以自動切斷充裝總管上的自動截止閥，防止潛在危險的發生。另外，在充裝區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及氣體燃料供應系統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包含了中小型船舶上所有LNG外圍系統，一站式解決LNG運行環境的監測及控制，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定性。機艙安?？刂葡到y原理圖見圖3。

圖3　機艙安?？刂葡到y原理圖

3　系統優勢

3.1維護便利性強

當安保監測及控制系統程序有故障時，船舶無需?？看a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網頁，隨時隨地訪問航行中船舶的PLC，通過互聯網可以控制PLC。

3.2營運成本低

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

3.3運行可靠性高

系統方案采用GPRS、短信2種通訊相結合的方式，解決了傳統模塊不穩定的問題，并通過非透明傳輸的方式運行，實現多包并發采集，智能數據壓縮等先進算法，極大提高了系統的相應速度，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控程序維護設備，輕松實現云監控。

4　結語

近年來在船舶動力系統的改進方面，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?，F如今，大型LNG動力船海上與岸上的通訊一般需通過INMARSAT海事衛星實現，安保控制系統如使用無線技術，費用昂貴且難以大規模推廣。而中小型LNG動力船大多航行于內河及沿海航區，船舶所航行的路線也基本被路基移動網絡所覆蓋。船上與岸上也基本可以實現手機通訊，資費低廉，便于此類安保系統裝置的推廣及應用。

LNG動力船機艙安保監測及控制系統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有所幫助，共同促進國內船用設備技術的進步。

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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設計及船舶動力裝置。

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