液貨船，是指專門運載液態貨物的船舶，是載運散裝液態貨物的運輸船舶。最先出現的液貨船是油船，用來運輸原油。現在，液貨船種類越來越多。按照運載貨物的不同，液貨船分為三類：油船、液化氣船、液體化學氣船。油船，是載運散裝原油和成品油的專用船；油船可以分為原油船和成品油船，一般噸位都比較大。它又根據載重噸不同，分為通用型液貨船，1萬載重噸以下；靈便型液貨船，1萬—5萬載重噸；巴拿馬型液貨船，6萬—8萬載重噸；阿芙拉型液貨船，8萬—12萬載重噸；蘇伊士型液貨船，12萬—20萬載重噸；超級油輪（VLCC）：20萬——30萬載重噸。液化氣船是載運液化天然氣和液化石油氣的專用船。液體化學品船則是運輸各種液體化學品如醚、苯、醇、酸等的專用船。
基本介紹
- 中文名：液貨船
- 外文名：liquid cargo ship
- 定義：專門運載液態貨物的船舶
- 作用：運輸原油
- 組成：油船、液化氣船、液體化學氣船
- 所屬類別：交通運輸
安全評價,電控系統設計,
安全評價
概述
液貨船安全評價問題關係到的因素眾多, 每個因素的狀況不一,對液貨船整體的安全影響也不盡相同。目前在對液貨船進行檢查的時候往往只能根據相關的規定主觀給出判斷結論。本文提出了利用層次分析法對評價對象層次結構化,再利用計算機計算出各相關因素對液貨船安全問題的影響權值。這些影響權值允許用戶修改, 但考慮到用戶在修改過程中的隨意性可能會破壞整個系統的合理性, 故本文引入了一個閥值, 對於過大的修改在程式中將被忽略。用該方法對液貨船進行安全評價, 從整體上降低了分析評價的複雜度, 使得整個評價過程得到了簡化並保證了評價結果的科學和公正。
1安全相關因素
液貨船的安全評價問題是一個很複雜的問題, 這裡我們不去重點討論其它種類船舶共有因素和影響相對較小的因素, 如船體結構、事故記錄、船齡、船舶尺度、航行操縱設備、導航設備、航海圖書資料等因素, 只把他們作為一組恆定的輸入向量。這裡重點突出液貨船自身特點, 提取其中主要因素進行評價並建立評價數學模型。
2 綜合評價與權值修正
有了評判模型 ,再加上廣泛收集專家的意見就可以得到比較合理的比較判斷矩陣,下面再通過層次分析法的方根法計算出每個相關因素的權重。然後根據權重向量和模糊輸入向量就可以計算出液貨船的最終的安全技術狀況值 ,最後用安全評價集中對應的元素表示出來。通常情況下, 如果判斷結果為“較差”及以下等級, 那么該液貨船總體狀況被判定不合格 ,必須整改,達到要求才能開航。上面的權值是通過對專家調查整理得到的, 有一定的可信度。但是難保在實踐中存在偏差。所以,本文引入了一個誤差修正的方法。對於用戶輸入的修正 wi 應該要滿足式(7),如果不滿足, 程式將忽略這次改動。
3 計算機實現
上面論述的方法如果用傳統計算方法速度慢 ,效率低 ,而且準確率也不高。下面是利用 VisualC ++6 .0編寫的一個程式來進行液貨船的安全技術評價。用戶只需要根據實際情況輸入一個模糊的向量,計算機會比照已經計算出的各個分量的權重 。最後 ,用 AHP 中的方根法近似的計算出整個系統的評價結果。方根法本身並不是很精確, 但是因為AHP 本身的模糊性就不是精確的, 所以方根法的計算誤差是可以接受的 , 對最終的評價結果不會有太大的影響。藉助電子計算機,評估人員可以快速的對評價目標進行技術安全狀況評價。從而使得對液貨船的安全評價從以前的定性評價變為現在的定量評價。其實際意義在於減少了評價過程中的過多的主觀因素 ,充分利用了航海方面的專家經驗 ,使得評價過程速度更快,評價結果更加公正可信。
電控系統設計
1 概述
隨著世界經濟形勢和造船工業的不斷復甦和發展，大型液貨船在國際航運業的需求越來越多，因此也對船舶配套系統的電氣控制提出了更高的要求。惰氣系統作為液貨船所特有的核心控制系統，其功能和作用越來越受到廣大船廠的重視，其電控系統的可靠與否將直接影響液貨船的安全和可靠運行。一旦在船舶裝卸貨的過程中，由於系統故障導致貨船內外的氣壓不一致，就會使貨艙變形，必然帶來極其嚴重的後果。因此，在進行船舶惰氣電控系統的設計時，必須綜合考慮、周密設計，才能確保系統的安全穩定運行。
2 系統設計原則
按照運載貨物的不同，液貨船分為三類：油船、液化氣船、液體化學氣船。油船是載運散裝原油和成品油的專用船，通常可以分為原油船和成品油船，一般噸位都比較大；液化氣船是載運液化天然氣和液化石油氣的專用船；液體化學品船則是運輸各種液體化學品如醚、苯、醇、酸等的專用船。無論是哪種類型的液貨船，在裝卸貨的同時都必須向艙內充入氣體，來保證貨艙內外的壓力平衡。惰氣作為含氧量極低的一種保護氣體，在液貨船上得到廣泛套用。同時，根據國際油輪安全與防污公約的規定，兩萬噸以上的油輪也必須裝設“惰氣系統”（Inert Gas System）。通常考慮所載貨油受惰氣品質影響、設備搭配及運營成本等諸多因素，大型船舶多採用蒸汽透平系統。因船上有輔鍋爐，故採用鍋爐排煙引入惰氣系統。對於未裝置足夠產氣量鍋爐的油輪，則裝設惰氣發生器，以柴油燃燒掉空氣中的氧來作為惰氣來源。至於對惰氣中含水量或惰氣化學成分敏感的化學船、LPG、LNG 船則以氮氣作為不助燃氣體充當惰氣。帶有惰氣發生器的惰氣系統，相對控制複雜，本文結合某 4 萬噸級液貨船的惰氣發生系統的設計，詳細闡述惰氣電控系統的開發思路與綜合功能的實現。
3 工藝要求與控制模式設計
3.1 工藝過程描述
惰氣系統接到控制指令啟動工作後，進油迴路的主燃油閥和新鮮空氣吹出閥（均為電磁閥）打開，油氣在燃燒器內混合，此時點火變壓器工作並通過點火電極引燃柴油，產生的高溫燃氣再經海水冷卻降溫後，由燃氣鼓風機吹出，最後經除霧、冷卻及含氧量檢查後，由總管送出合格的惰氣。
3.2 電控系統工藝設計
根據液貨船的工作特點及惰氣系統的實際工作情況，確定電控工藝設計要求。
（1）裝貨
在正常的裝貨作業時，惰氣鼓風機不允許啟動，貨油直接進入艙內，並將艙內的惰氣排出艙外，此時監控報警系統應工作，負責監視艙內的惰氣壓力在正常的工作壓力範圍內。
（2）卸貨
卸貨時，貨油從艙內流出，多出的空間必須以惰氣補充並維持艙內的正壓，以防止艙壁因真空而塌陷，因而控制過程包括：惰氣系統啟動、惰氣壓力與含氧量檢測和系統停止三個階段。卸貨初期，因惰氣裝置的惰氣含氧量還不夠穩定，如選擇在貨油泵運轉與惰氣系統連鎖模式下（即自動模式），很可能無法啟動貨油泵，故惰氣系統啟動初期應採用手動工作模式。當輔鍋爐工作穩定且惰氣含氧量檢測正常後，可進入自動控制模式。
（3）航行中補氣
壓載航行途中，貨艙內的油氣會受到天氣的影響而膨脹或收縮，故在航行途中仍需檢測艙壓，並根據實際需要點爐產生合格的惰氣，灌入各艙來替換或排放油氣。
（4）除氣
進入貨艙內部進行檢修作業時，貨艙內的惰氣必須用新鮮的空氣替換。此時惰氣鼓風機的進口改由大氣中吸取空氣灌入艙內，並逐步將艙內的惰氣替換為新鮮的空氣；同時還要監測空氣組分，在工作人員下艙時，仍要保持持續通風，送入新鮮的空氣以確保全全。
根據上述控制要求，惰氣主控板的工作方式確定為三種：即燃氣工作狀態、除氣工作狀態和補氣工作狀態。在電控系統工作中，控制人員可將各輔助控制系統的選擇開關均置於遙控狀態並根據需要選擇不同的工作方式，這樣通過主機板系統的監控與操作即可清楚掌握系統的整個工作流程及報警工作狀態。
4 電控系統的功能設計與實現
根據系統的設計要求，確定液貨船的惰氣電控系統主要由惰氣主控板、惰氣發生器控制板、燃氣鼓風機控制板、洗滌塔控制板、甲板水封控制板、氣源板、電源板及延伸報警板（惰氣控制副版）等部分組成。
4.1 惰氣主控板
惰氣主控板一般布置在艇甲板的貨油控制室內，是整個惰氣電控系統的控制中樞。它由惰氣發生器遙控系統、燃氣鼓風機遙控系統、甲板水封泵控制系統等組成。設計時採用高性能的西門子 S7 系列或施奈德 140 系列 PLC，實現現場控制、信號採集與分析及報警管理等功能，並確保系統的高可靠性和實時性，準確完成整個惰氣系統的工藝控制任務。
（1）惰氣發生器遙控系統
該系統是整個惰氣系統的核心，因此在設計上必須保證各種工藝控制功能的實現。系統設計上具備手動和自動選擇功能，根據系統壓力情況及工作狀態由監控人員實現惰氣系統的手動遙控操作或根據甲板上的惰氣總管壓力變送器提供的數值自動起停惰氣發生器，進行大艙充惰。
（2）燃氣鼓風機遙控系統
本系統根據控制系統的總體要求，一般設有2台鼓風機以實現充氣和除氣。主控板上具備本地啟動和遙控啟動功能。
（3）甲板水封泵遙控系統
甲板水封泵一般設定兩台，兩個泵組可以相互切換。正常工作時，使用一台主泵，甲板水封壓力若低於壓力開關設定值時，則備用泵啟動，主泵停止工作。手動狀態下，泵組可在主控板上遙控啟停。通過甲板水封泵的控制，可把海水直接從艙底打入水封塔內，防止惰氣倒灌。在水封塔液位過低時，感應式液位開關可自動觸發報警，並在主控板上報警顯示。
（4）氧份儀
氧份分析儀能分析出惰氣里的氧氣含量，並為惰氣主控板的PLC 系統提供控制信號。當燃氣中的含氧量超過5%時，主控板應報警並停止向大艙內充惰氣。此外，主電磁閥應該關閉，排空閥打開，向空氣中排放煙氣。若從鍋爐煙道主管監測到含氧量超標，則不允許向大艙充惰氣，此時主控板上的PLC 程式不能工作，各種控制閥也不允許打開。
4.2 惰氣發生器控制板
本控制板主要完成惰氣鼓風機、燃油供給泵、點火及供給海水泵等的程式控制及油、氣、海水的壓力、溫度、液位等信號的監測、控制等現場工作任務，裝設於上甲板。其程控單元為小型PLC控制裝置。惰氣鼓風機的作用是在給燃燒器提供氧份的同時，把產生的惰氣輸送到惰氣總管上。同時，在發生器上設有壓力開關用來監測風壓。當風壓低時，發生器的控制臺顯示報警，並停止燃燒器的工作。燃油供給泵負責把惰氣發生器燃油櫃內的柴油輸送到發生器內，為發生器內的燃燒提供原料。系統發出啟動指令後，通過現場的點火變壓器發出高壓經點火電極引燃油氣。
供給海水泵在艙底為發生器提供冷卻海水，故需設定獨立的現場起動箱，可在發生器控制板的面板上實現遙控起停功能。此外，在發生器罐體上要設定電子感應式液位開關和溫度開關，以便在罐體內液位或溫度高時，在控制臺上顯示報警並停止發生器工作。
4.3 燃氣鼓風機控制板
本控制板設於上甲板，由於燃氣鼓風機的功率較大，一般採用兩組組合起動屏，主電機為星三角降壓啟動方式，也可根據工藝指標的要求，採用軟啟動器控制。
4.4 洗滌塔控制板
洗滌塔是惰氣系統非常重要的環節之一，靠供給海水泵供給海水。因此，本系統也由組合屏來控制，設於B 平台。當供給海水壓力、溫度或液位發生變化時，在惰氣主控板上顯示報警，並可遙控停止向大艙充惰，關閉大艙的主電磁閥及打開排空電磁閥。此外，海水泵的工作狀態需上傳給船舶監測報警系統。
4.5 甲板水封控制板
甲板水封控制板為兩套組合起動盤，位於 B平台，通過兩台甲板水封泵進行甲板水封控制，在機艙底部裝設遙控按鈕盒。此外，還應設有甲板水封液位報警。
4.6 氣源控制板
氣源板為惰氣系統的各種電磁閥和儀表風源提供控制。在本控制板上要設定風壓開關，風壓低時在主機板顯示報警並停止充惰，各種閥恢復初始狀態。此外，還應設有 I/P 轉換器，通過主控板上的 PLC 提高電流信號，進行比例積分計算來控制閥的開關度，達到控制充惰壓力大小的目的。
4.7 電源板
惰氣系統的電源除鼓風機、海水泵等為 440V 動力電源應由主配電板直接供電外，其餘的控制板電源都由電源板統一提供 220 V 和 24 V 工作電源。各控制板需要的控制電源規格如下所示：
（1）點火變壓器——220 V
（2）主控板電源——220 V 和 24 V
（3）惰氣發生器控制板電源——220 V 和 24 V
（4）氧份儀電源——24 V
（5）各報警控制板電源——24 V
（6）輔助控制板電源——220 V 和 24 V
4.8 延伸報警板
為更好地掌握惰氣系統的工作情況，應該在集控台和駕控台設定報警板和儀表監視板。通常將甲板水封表、氧含量表及惰氣工作溫度表裝設在集控台上，而將綜合報警及水封泵故障信息等裝設在駕控台。此外，系統中的含氧量表及惰氣主管溫度表的信號及報警等也應在駕控台上顯示，從而達到多方檢測的目的，為惰氣系統的安全運行提供可靠保證。由於延伸報警板的監控功能與惰氣主控板相似，故也被稱為惰氣控制副板。
5 結論
通過採用上述的惰氣電控系統設計後，系統的自動化程度得到了極大的提高，不但滿足了液貨船的基本控制要求，也實現了惰氣系統的自動化控制和綜合保護監控功能，保障了船舶系統的長期可靠運轉。可以相信：隨著我國造船自動化技術的不斷發展，船舶電控自動化系統功能會越來越強，船舶電控裝置的各種保護也會更加完善。
