双燃料集装箱船LNG燃料系统监控系统设计

张保振

摘要：液化天然气( LNG) 燃料系统工作状态直接影响船舶的稳定、安全运行，有效监控燃料系统的运行状态能够为船舶运行提供保障。针对大型双燃料集装箱船，依照国内外 LNG 船舶设计规范，分析监控系统实际功能需求，提出燃料系统的监控系统设计方案，以加注及燃料舱子系统和 BOG 管路子系统为例，结合燃料系统工作过程，详细介绍监控系统控制逻辑及设计方案。监控系统能有效监测燃料系统重要参数及相关设备工作状态，同时能够控制系统在紧急情况下的应急响应，保证燃料系统稳定运行，确保船舶及人员安全。

关键词：双燃料；集装箱船；LNG燃料；系统监控；系统设计；

引言

针对船舶内部结构规模大、复杂的特点，监控系统在储罐、机舱、驾驶室等方面实现地区控制系统需求采用分布式控制和总线技术。本文采用了一种LNG燃料系统系统监控系统，研究了现行船舶结构设计规范。

1.监控功能需求分析

本文设计的监控系统需要实现对现场设备的操作状态的有效监控，即收集，处理，分析，显示和记录设备的重要操作参数数据，有效地控制操作状态设备。由于对象的大规模，许多设备，长距离的数据传输，复杂的LNG燃料系统系统，大量的近海需求，操作方便，系统的长时间运行，在故障或紧急情况下，有必要为奖励提供奖励工作人员并进行紧急响应，监控系统要求：

（1）监控LNG燃料系统系统的重要参数，如罐内液位显示监控系统设备的实时参数和报警内容；

（2）支持传统控制系统中常用的通信协议；

（3）为保证监测值的自动控制装置的安全性，介绍了监测系统的结构和配置精心设计的应保证特殊情况下的自动控制系统，证明该系统能完全覆盖LNG燃料系统系统的关键部分，并兼顾经济性和安全性的选择，才可以进一步的提高到了系统的整体稳定性。

2.监控系统结构

双燃料集装箱船舶LNG燃料系统监测系统由具有高自动化程度的各种设备组成。据该地区，它可以分为四个方面：FGSSLNG燃料舱和操作室面积，发动机室内，机房集中控制室和驾驶室。其控制系统结构主要分布在发动机室，发动机室集中控制室和驾驶室。按照子系统，可分为加油和LNG燃料系统仓库系统，供气管系统，氮气系统，通风系统，消防气体检测系统，燃气设备，机房集中控制室和驾驶室集中监控终端，按照实际需求，RS485总线直接用于发动机室和采集室之间的数据连接和传输，用于连接机房和采集室，燃气设备安全模块，可燃气体检测系统主机，燃气系统电气设备间室空气侦察和防火模块，主机发电机，锅炉和收集室。RS485总线用于总线，这取决于RS485总线，标准协议取决于Modbustru。控制模块与安全模块之间的通信，远程I/O模块之间，CAN 2.0B标准协议和驾驶室采集模块之间的距离。如果波特率小于1米，驾驶室采集模块和驾驶室远程I/O模块之间的距离小于100米，因此只需要考虑两者之间的最大距离。当波特率设定为250 kB/s时，不需要考虑其他因素。在这种情况下，CAN总线的理论传输距离可以达到530米，这可以满足设计要求和系统通信距离要求。

3.监控系统设计规范要求

燃料系统监控系统的安全性、可靠性要与新型或类似的常规LNG燃料系统动力系统所达到的水平相同。应设置合适的仪表让工作人员能够就近或远程实现对重要参数的读取，从而实现对设备的管理; 应采取合适的通信设施将设备运行信息正确稳定地传输到各监控终端和记录设备上。

加注监控系统应设置在远离加注站的安全位置，在此位置对燃料舱压力、温度和燃料液位进行监测，同时，在该位置实现报警和自动切断。系统通过多个传感设备对重要安全参数进行实时测量并控制在安全值域内。加注及燃料舱系统的监控系统设计应满足以下规范要求:

（1）每个燃料舱的气相空间均有直接读数压力表，压力表上已标明该舱允许的最大压力和最低压力。压力表读数在驾驶室、集控站和船舶安全中心设有间接指示，能在达到安全阀设定压力之前触发高压报警和低压报警。

（2）在燃料舱底部、中部和设计的最高液位处均设有温度测量及指示装置。

（3）液位通过燃料舱的液位测量装置测量取得，该装置能在燃料舱设计压力和操作温度范围内正常工作，在燃料舱处于运行状态时始终获得液位读数。每一个燃料舱都设有独立的高液位报警装置，在触发后发出听觉和视觉警报，独立于报警装置另一传感器则自动启动一个截止阀以避免燃料加注管路中产生过大液压并防止燃料舱内被注满。

（4）加注燃料舱系统所有传感器的位置能在交付使用前检查确认。交船后以及每次干坞后第一次满载均应该通过提升燃料舱内液位至报警点进行高位报警试验。

4.监控系统设计

PLC的控制系统有着体积小，可靠性强，抗干扰能力强，控制功能强以及特性技术相对成熟等的优势。因此，在安全监控系统的设计过程中S7-300系列PLC采用SIEMENS SMART700触摸屏作为控制器，SIEMENS SMART700触摸屏作为手动接口，SMART700与串行接口单词连接，总线与PLC通信，监控系统的设计主要包括计算机接口和PLC控制程序，是相对独立的监控仪器系统控制程序中的数据和警报通过公共汽车。那系统由控制器控制程序。程序显示当前系统工作状态，各子系统LED报警指示灯设置。如果这个未使用子系统，发生故障时必须控制控制系统，子系统指示灯将提供红色警报并设置子系统按钮。用户可进入子系统接口查看子系统参数和工作状态。

4.1加注系统故障及解决方案

当首先填充LNG罐时，LNG罐中没有液体燃料，安全系统将发出低电平警报。它处于正常状态，可以手动静音。结合实际的LNG燃料RE加载过程，分析了填充系统的可能失效和对策。结果表明，LNG填充过程中要监测的参数是LNG罐的压力和罐中的压力。异常液位包括高水平，高水平和低电平，控制终端需要实时显示LNG储罐液位时间，esd01、esd02、av01、av02、av03停堆操作单元的触发值达到设定值时，显示声光报警液位。此时，工作人员应立即停止加油，如果液位高，继续填充高电平，触发监控系统的声音和灯报警并启动紧急关闭设备。该系统以紧急方式切断ESD01和ESD02以停止加油。当加油系统的液体燃料水平低于设定值时，系统将停止运行，这意味着燃料将被耗尽。该系统应触发声音警报，以提醒员工加油转移或切换。在供油过程中如果LNG储罐内的压力大于设定值，则可能是由于管道堵塞造成的。如果不及时处理，会损坏油箱，造成LNG燃料系统泄漏。此时，监控系统要求声光监控报警，提醒员工调查相关设备。

4.2加注燃料舱系统监控设计

填充系统的监控接口分为两部分：液位监测和压力状态监测。设置状态显示控制和参数显示控制，实时显示罐中的液位和压力信息;当液位和压力异常时，将LED指示器设置为报警;设置警报释放按钮以释放员工的可听和可视警报;同时，实现控制填充系统作为有效控制填充系统，设置相应的控制按钮以操作填充过程，并在必要时开始紧急截止。液位传感器将液位信号传给控制程序，由FC105转换为实际液位值，存储在MD08中，并通过计算机对设计信号进行判断逻辑。什么时候低于设定值时，上升沿检测无效触发。在同时，发送脉冲信号，并设置输出信号Q0.0，以及触发LED报警输出信号Q0.0和JCBJ开关，确保自锁，确保员工解除报警操作后，相应的报警装置关闭。

5.结束语

文章通过对安全监控系统的需求进行分析，按照现今行业标准，提出针对双燃料集装箱船 LNG 燃料监控系统的设计方案，使用 PLC 为控制器，以加注系统为例详细阐述设计过程，分析系统通过过程中的可能出现的故障现象及相应解决方案，并据此设计 PLC 控制程序及人交互户界面。

参考文献

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