[科普中国]-液货船

液货船安全评价概述

液货船安全评价问题关系到的因素众多, 每个因素的状况不一,对液货船整体的安全影响也不尽相同。目前在对液货船进行检查的时候往往只能根据相关的规定主观给出判断结论。本文提出了利用层次分析法对评价对象层次结构化,再利用计算机计算出各相关因素对液货船安全问题的影响权值。这些影响权值允许用户修改, 但考虑到用户在修改过程中的随意性可能会破坏整个系统的合理性, 故本文引入了一个阀值, 对于过大的修改在程序中将被忽略。用该方法对液货船进行安全评价, 从整体上降低了分析评价的复杂度, 使得整个评价过程得到了简化并保证了评价结果的科学和公正。

1安全相关因素液货船的安全评价问题是一个很复杂的问题, 这里我们不去重点讨论其它种类船舶共有因素和影响相对较小的因素, 如船体结构、事故记录、船龄、船舶尺度、航行操纵设备、导航设备、航海图书资料等因素, 只把他们作为一组恒定的输入向量。这里重点突出液货船自身特点, 提取其中主要因素进行评价并建立评价数学模型。

2 综合评价与权值修正有了评判模型 ,再加上广泛收集专家的意见就可以得到比较合理的比较判断矩阵,下面再通过层次分析法的方根法计算出每个相关因素的权重。然后根据权重向量和模糊输入向量就可以计算出液货船的最终的安全技术状况值 ,最后用安全评价集中对应的元素表示出来。通常情况下, 如果判断结果为“较差”及以下等级, 那么该液货船总体状况被判定不合格 ,必须整改,达到要求才能开航。上面的权值是通过对专家调查整理得到的, 有一定的可信度。但是难保在实践中存在偏差。所以,本文引入了一个误差修正的方法。对于用户输入的修正 wi 应该要满足式(7),如果不满足, 程序将忽略这次改动。

3 计算机实现上面论述的方法如果用传统计算方法速度慢 ,效率低 ,而且准确率也不高。下面是利用 VisualC ++6 .0编写的一个程序来进行液货船的安全技术评价。用户只需要根据实际情况输入一个模糊的向量,计算机会比照已经计算出的各个分量的权重 。最后 ,用 AHP 中的方根法近似的计算出整个系统的评价结果。方根法本身并不是很精确, 但是因为AHP 本身的模糊性就不是精确的, 所以方根法的计算误差是可以接受的 , 对最终的评价结果不会有太大的影响。借助电子计算机,评估人员可以快速的对评价目标进行技术安全状况评价。从而使得对液货船的安全评价从以前的定性评价变为现在的定量评价。其实际意义在于减少了评价过程中的过多的主观因素 ,充分利用了航海方面的专家经验 ,使得评价过程速度更快,评价结果更加公正可信。1

液货船电控系统设计1 概述随着世界经济形势和造船工业的不断复苏和发展，大型液货船在国际航运业的需求越来越多，因此也对船舶配套系统的电气控制提出了更高的要求。惰气系统作为液货船所特有的核心控制系统，其功能和作用越来越受到广大船厂的重视，其电控系统的可靠与否将直接影响液货船的安全和可靠运行。一旦在船舶装卸货的过程中，由于系统故障导致货船内外的气压不一致，就会使货舱变形，必然带来极其严重的后果。因此，在进行船舶惰气电控系统的设计时，必须综合考虑、周密设计，才能确保系统的安全稳定运行。

2 系统设计原则按照运载货物的不同，液货船分为三类：油船、液化气船、液体化学气船。油船是载运散装原油和成品油的专用船，通常可以分为原油船和成品油船，一般吨位都比较大；液化气船是载运液化天然气和液化石油气的专用船；液体化学品船则是运输各种液体化学品如醚、苯、醇、酸等的专用船。无论是哪种类型的液货船，在装卸货的同时都必须向舱内充入气体，来保证货舱内外的压力平衡。惰气作为含氧量极低的一种保护气体，在液货船上得到广泛应用。同时，根据国际油轮安全与防污公约的规定，两万吨以上的油轮也必须装设“惰气系统”（Inert Gas System）。通常考虑所载货油受惰气品质影响、设备搭配及运营成本等诸多因素，大型船舶多采用蒸汽透平系统。因船上有辅锅炉，故采用锅炉排烟引入惰气系统。对于未装置足够产气量锅炉的油轮，则装设惰气发生器，以柴油燃烧掉空气中的氧来作为惰气来源。至于对惰气中含水量或惰气化学成分敏感的化学船、LPG、LNG 船则以氮气作为不助燃气体充当惰气。带有惰气发生器的惰气系统，相对控制复杂，本文结合某 4 万吨级液货船的惰气发生系统的设计，详细阐述惰气电控系统的开发思路与综合功能的实现。

3 工艺要求与控制模式设计3.1 工艺过程描述

惰气系统接到控制指令启动工作后，进油回路的主燃油阀和新鲜空气吹出阀（均为电磁阀）打开，油气在燃烧器内混合，此时点火变压器工作并通过点火电极引燃柴油，产生的高温燃气再经海水冷却降温后，由燃气鼓风机吹出，最后经除雾、冷却及含氧量检查后，由总管送出合格的惰气。

3.2 电控系统工艺设计

根据液货船的工作特点及惰气系统的实际工作情况，确定电控工艺设计要求。

（1）装货

在正常的装货作业时，惰气鼓风机不允许启动，货油直接进入舱内，并将舱内的惰气排出舱外，此时监控报警系统应工作，负责监视舱内的惰气压力在正常的工作压力范围内。

（2）卸货

卸货时，货油从舱内流出，多出的空间必须以惰气补充并维持舱内的正压，以防止舱壁因真空而塌陷，因而控制过程包括：惰气系统启动、惰气压力与含氧量检测和系统停止三个阶段。卸货初期，因惰气装置的惰气含氧量还不够稳定，如选择在货油泵运转与惰气系统连锁模式下（即自动模式），很可能无法启动货油泵，故惰气系统启动初期应采用手动工作模式。当辅锅炉工作稳定且惰气含氧量检测正常后，可进入自动控制模式。

（3）航行中补气

压载航行途中，货舱内的油气会受到天气的影响而膨胀或收缩，故在航行途中仍需检测舱压，并根据实际需要点炉产生合格的惰气，灌入各舱来替换或排放油气。

（4）除气

进入货舱内部进行检修作业时，货舱内的惰气必须用新鲜的空气替换。此时惰气鼓风机的进口改由大气中吸取空气灌入舱内，并逐步将舱内的惰气替换为新鲜的空气；同时还要监测空气组分，在工作人员下舱时，仍要保持持续通风，送入新鲜的空气以确保安全。

根据上述控制要求，惰气主控板的工作方式确定为三种：即燃气工作状态、除气工作状态和补气工作状态。在电控系统工作中，控制人员可将各辅助控制系统的选择开关均置于遥控状态并根据需要选择不同的工作方式，这样通过主板系统的监控与操作即可清楚掌握系统的整个工作流程及报警工作状态。

4 电控系统的功能设计与实现根据系统的设计要求，确定液货船的惰气电控系统主要由惰气主控板、惰气发生器控制板、燃气鼓风机控制板、洗涤塔控制板、甲板水封控制板、气源板、电源板及延伸报警板（惰气控制副版）等部分组成。

4.1 惰气主控板

惰气主控板一般布置在艇甲板的货油控制室内，是整个惰气电控系统的控制中枢。它由惰气发生器遥控系统、燃气鼓风机遥控系统、甲板水封泵控制系统等组成。设计时采用高性能的西门子 S7 系列或施奈德 140 系列 PLC，实现现场控制、信号采集与分析及报警管理等功能，并确保系统的高可靠性和实时性，准确完成整个惰气系统的工艺控制任务。

（1）惰气发生器遥控系统

该系统是整个惰气系统的核心，因此在设计上必须保证各种工艺控制功能的实现。系统设计上具备手动和自动选择功能，根据系统压力情况及工作状态由监控人员实现惰气系统的手动遥控操作或根据甲板上的惰气总管压力变送器提供的数值自动起停惰气发生器，进行大舱充惰。

（2）燃气鼓风机遥控系统

本系统根据控制系统的总体要求，一般设有2台鼓风机以实现充气和除气。主控板上具备本地启动和遥控启动功能。

（3）甲板水封泵遥控系统

甲板水封泵一般设置两台，两个泵组可以相互切换。正常工作时，使用一台主泵，甲板水封压力若低于压力开关设定值时，则备用泵启动，主泵停止工作。手动状态下，泵组可在主控板上遥控启停。通过甲板水封泵的控制，可把海水直接从舱底打入水封塔内，防止惰气倒灌。在水封塔液位过低时，感应式液位开关可自动触发报警，并在主控板上报警显示。

（4）氧份仪

氧份分析仪能分析出惰气里的氧气含量，并为惰气主控板的PLC 系统提供控制信号。当燃气中的含氧量超过5%时，主控板应报警并停止向大舱内充惰气。此外，主电磁阀应该关闭，排空阀打开，向空气中排放烟气。若从锅炉烟道主管监测到含氧量超标，则不允许向大舱充惰气，此时主控板上的PLC 程序不能工作，各种控制阀也不允许打开。

4.2 惰气发生器控制板

本控制板主要完成惰气鼓风机、燃油供给泵、点火及供给海水泵等的程序控制及油、气、海水的压力、温度、液位等信号的监测、控制等现场工作任务，装设于上甲板。其程控单元为小型PLC控制装置。惰气鼓风机的作用是在给燃烧器提供氧份的同时，把产生的惰气输送到惰气总管上。同时，在发生器上设有压力开关用来监测风压。当风压低时，发生器的控制面板显示报警，并停止燃烧器的工作。燃油供给泵负责把惰气发生器燃油柜内的柴油输送到发生器内，为发生器内的燃烧提供原料。系统发出启动指令后，通过现场的点火变压器发出高压经点火电极引燃油气。

供给海水泵在舱底为发生器提供冷却海水，故需设置独立的现场起动箱，可在发生器控制板的面板上实现遥控起停功能。此外，在发生器罐体上要设置电子感应式液位开关和温度开关，以便在罐体内液位或温度高时，在控制面板上显示报警并停止发生器工作。

4.3 燃气鼓风机控制板

本控制板设于上甲板，由于燃气鼓风机的功率较大，一般采用两组组合起动屏，主电机为星三角降压启动方式，也可根据工艺指标的要求，采用软启动器控制。

4.4 洗涤塔控制板

洗涤塔是惰气系统非常重要的环节之一，靠供给海水泵供给海水。因此，本系统也由组合屏来控制，设于B 平台。当供给海水压力、温度或液位发生变化时，在惰气主控板上显示报警，并可遥控停止向大舱充惰，关闭大舱的主电磁阀及打开排空电磁阀。此外，海水泵的工作状态需上传给船舶监测报警系统。

4.5 甲板水封控制板

甲板水封控制板为两套组合起动盘，位于 B平台，通过两台甲板水封泵进行甲板水封控制，在机舱底部装设遥控按钮盒。此外，还应设有甲板水封液位报警。

4.6 气源控制板

气源板为惰气系统的各种电磁阀和仪表风源提供控制。在本控制板上要设置风压开关，风压低时在主板显示报警并停止充惰，各种阀恢复初始状态。此外，还应设有 I/P 转换器，通过主控板上的 PLC 提高电流信号，进行比例积分计算来控制阀的开关度，达到控制充惰压力大小的目的。

4.7 电源板

惰气系统的电源除鼓风机、海水泵等为 440V 动力电源应由主配电板直接供电外，其余的控制板电源都由电源板统一提供 220 V 和 24 V 工作电源。各控制板需要的控制电源规格如下所示：

（1）点火变压器——220 V

（2）主控板电源——220 V 和 24 V

（3）惰气发生器控制板电源——220 V 和 24 V

（4）氧份仪电源——24 V

（5）各报警控制板电源——24 V

（6）辅助控制板电源——220 V 和 24 V

4.8 延伸报警板

为更好地掌握惰气系统的工作情况，应该在集控台和驾控台设置报警板和仪表监视板。通常将甲板水封表、氧含量表及惰气工作温度表装设在集控台上，而将综合报警及水封泵故障信息等装设在驾控台。此外，系统中的含氧量表及惰气主管温度表的信号及报警等也应在驾控台上显示，从而达到多方检测的目的，为惰气系统的安全运行提供可靠保证。由于延伸报警板的监控功能与惰气主控板相似，故也被称为惰气控制副板。

5 结论通过采用上述的惰气电控系统设计后，系统的自动化程度得到了极大的提高，不但满足了液货船的基本控制要求，也实现了惰气系统的自动化控制和综合保护监控功能，保障了船舶系统的长期可靠运转。可以相信：随着我国造船自动化技术的不断发展，船舶电控自动化系统功能会越来越强，船舶电控装置的各种保护也会更加完善。2