LNG運輸船升級智能貨物管理系統可行性分析

周 毅，鄭 坤，孫 冰，周 斌

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司 天津300452)

0 引 言

“海洋石油 301”船是一艘載運 LNG(液化天然氣)的運輸船，航行于無限航區，目前主要承擔國內大型接收站的二程轉運業務，載運如表1所示成分的LNG貨物。

表1 液化天然氣主要物理性質Tab.1 Table of liquefied natural gas physical properties

LNG貨物裝載在4個C型雙葉(bi-lobe)獨立液貨艙內，總容積 30850m3，貨物圍護系統設計溫度為-164℃，液貨艙艙頂設計壓力為 3.5bar g(IMO)(0.35MPa表壓)，絕熱材料總傳熱系數0.095W/m2·K，日蒸發 0.22%，屬 2G 型船。由于“海洋石油 301”貨物的特殊性，貨物系統的實際狀態無法確認，貨物狀態變化趨勢無法預測，在進行貿易交接時會有爭議存在的情況。

1 智能貨物管理系統要求

智能貨物管理系統將協助“海洋石油 301”取得中國船級社 CCS的 i-Ship(C)智能符號[1]，通過利用傳感器等感知設備對貨物、貨艙[2]和貨物保護系統的參數進行自動采集，并基于計算機技術、自動控制技術和大數據處理和分析，以實現貨艙、貨物和貨物保護系統狀態的監測、報警、輔助決策和控制，同時還可以基于監測和獲得的數據，提出貨物優化配載方案，以實現LNG貨物的智能管理。

2 智能貨物管理系統管理功能

“海洋石油 301”的智能貨物管理系統能夠根據LNG的性質和狀態對船上 LNG的狀態參數進行監測，通過對監測的狀態參數進行分析和辨識，當監控數據超出設定預警值以及出現故障時進行報警，提出自然蒸發氣(BOG)變化趨勢預測以及 LNG貨物優化配載方案。

2.1 智能貨物管理系統主要監測功能

①C型液艙[3]的液位、溫度、氣相壓力；

②貨艙處所(C型液艙與船體結構之間的空間)的可燃氣體含量、溫度、凝露點；

③壓載艙的液位；

④液相管路閥門狀態；

⑤氣相管路閥門狀態；

⑥BOG壓縮機工作狀態；

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⑦液貨氮氣系統工作狀態；

⑧貨艙安全(火氣、吹掃、切斷)系統狀態。

2.2 智能貨物管理系統主要參數的顯示功能

“海洋石油 301”的智能貨物管理系統，除了對貨物狀態參數進行實時監測，還能夠提供一段時間趨勢變化的查詢，并提供相關參數進行同時段分析比較的作圖功能。

①C型液艙的液位、溫度、氣相壓力；

②貨艙處所(C型液艙與船體結構之間的空間)的可燃氣體含量、溫度、凝露點；

③壓載艙的液位；

④液相管路閥門狀態；

⑤氣相管路閥門狀態；

⑥BOG壓縮機工作狀態；

⑦液貨氮氣系統工作狀態；

⑧貨艙安全(火氣、吹掃、切斷)系統狀態。

2.3 智能貨物管理系統主要參數預警及輔助決策功能

智能貨物管理系統具有針對以下參數的變化趨勢設計的預警功能：

①C型液艙的液位、溫度、氣相壓力變化趨勢及預警；

②液艙BOG變化趨勢預測。

智能貨物管理系統，具有數據分析和處理能力，能對探測到的數據進行分析，做出相應的預警和報警，并能給出以下輔助決策：

①提出裝卸貨過程中的 BOG控制建議。通過對一定時間范圍內貨物狀態參數的收集分析，以及BOG消耗設備的運行情況，給出未來一段時間 BOG變化趨勢的預測，并提出控制 BOG的合理建議，能夠將貨艙內的貨物溫度、壓力等控制在一個合理的范圍內。

②針對貨物安全相關的設備和系統參數異常時，給出故障位置、可能出現的原因、波及的范圍以及應對措施，輔助船員能夠據此對貨物系統進行及時介入檢查、維修等。例如根據貨艙處所的氣體溫度和壓力，結合歷史數據，給出其變化的趨勢，并提出建議以便及早發現類似貨罐破損或貨罐絕緣層失效造成的異常。

③提出貨物配載[4]的優化方案及操作流程。綜合考慮各種制約因素進行自動優化的配載儀，利用傳感器采集對貨物裝卸有關的數據，經計算分析，提供最優配載和操作方案。

2.4 智能貨物管理系統管理功能

海洋石油301的智能貨物管理系統，除了對貨物狀態參數進行實時監測，還能夠提供一段時間趨勢變化的查詢，并提供相關參數進行同時段分析比較的作圖功能。

2.5 智能貨物配載系統功能

通過考慮安全、環保、能效，船舶浮態、穩性、強度，貨艙載貨量、積載因素(液貨液位)、裝卸貨順序和速度以及裝卸時間，壓載水操作，應急停止程序，LNG貨物的危害特性，船舶操縱、港口和碼頭，航線、天氣和水文等因素，以及每類貨物的數量和級別(種類和級別)，密度、溫度和其他有關性能，制定針對貨物的特別預防措施。

智能貨物配載系統還要監測以及顯示以下參數：惰性氣體系統、惰性氣體裝置狀態、遙控閥門狀態、液貨泵(包括噴淋泵)狀態、液貨管路(包括噴淋管路)出口處壓力、BOG壓力、壓載水系統狀態、壓載系統(泵、閥門)狀態、船舶航速、船舶浮態、船舶穩性、靜水彎矩和靜水剪力。

智能貨物配載系統輔助決策實現方式：配置數據分析和處理功能模塊，對探測到的數據進行分析，做出相應的預警和報警，并給出相應的、合理的輔助決策；通過利用實時采集到的各種數據及時準確地給出合理的建議和操作方案。比如：在裝貨和裝載壓載水的時候，系統根據實時采集到的裝載速率、貨艙液位、貨艙壓力、壓載泵工作狀態(轉速、排量)、壓載艙液位、船舶浮態和/或船舶結構強度等參數進行判斷、計算，在貨艙液位達到高位/高高位報警之前，根據當前的裝載速率，在一定時間給出預警，讓操作者提前做出相應的準備，并給出下一步工作狀態(調整泵的預計轉速、調節流量控制遙控閥門的預計開度等)，在不危害船舶浮態、穩性、結構強度的情況下提供最佳的操作流程，進一步提高工作效率。

3 結 論

目前國內 CCS智能船舶規范[5]中還沒有 LNG運輸船智能貨物管理系統的標準可以借鑒，本文通過對“海洋石油 301”現有的貨物系統進行智能化升級分析獲知；LNG運輸船能對貨物系統的數據進行收集并具備實現智能貨物管理的可行性，能夠很好地解決 LNG運輸過程中 BOG預測和智能配載問題，提高船舶運營的安全性。