CN102314173A

CN102314173A - 液化气船液货控制系统

Info

Publication number: CN102314173A
Application number: CN201110155132A
Authority: CN
Inventors: 陈然; 毛小兵; 萧春; 黎庶; 杨泽奎; 刘金鹏
Original assignee: WUHAN FLOWCO FLUID CONTROL SYSTEM ENGINEERING CO LTD
Current assignee: WUHAN FLOWCO FLUID CONTROL SYSTEM ENGINEERING CO LTD
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明公开了一种液化气船液货控制系统，包括：装卸货控制装置，基于STM32103微处理器芯片，用于在装卸货过程中根据检测到的参数自动控制深水泵和压缩机；液位遥测装置，基于STM32103微处理器芯片，用于检测液罐的性能参数，当所述性能参数超过预设阈值时执行相应的预设动作，并将所述性能参数传送给中控装置，所述性能参数包括温度、压力和液位，所述执行相应的预设操作包括设备运行或停止；应急保护装置，基于STM32103微处理器芯片，用于紧急切断和安全保护；中控装置，基于STM32103微处理器芯片，用于接收所述装卸货控制装置、液位遥测装置和应急保护装置反馈的各种数据，集中监测控制。使用本发明的液化气船液货控制系统，完全实现对液化气船的装卸货过程、航行过程进行自动控制。

Description

液化气船液货控制系统

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其涉及液化气船上应用的液货控制系统。

背景技术

液化气是将石油气在高压下液化后装入液罐内，装卸货物过程中的速度、流量、温度、压力等参数的监控尤其重要。卸货控制部分主要是对卸货过程进行控制，控制泵和压缩机电机的转速以控制卸货的速度和流量。装货控制部分主要是在装载货物过程中起参数监控的作用。

不管是装货、卸货或者船舶航行过程中，外界环境、内部环境总要不断地发生变化的。如装货卸货过程中液位的变化、液罐压力的变化、防静电措施、氧气含量的变化等都要实时监测。航行过程中，因为船舶航行于不同的区域，环境的温度不断发生变化。而且液罐的汽化程度、气体中含氧量的多少、以及液位的变化都会影响到船舶的安全，所以客观上需要一种控制系统，具备对各参数进行实时、准确监测的功能。

液化气船是高技术含量、高附加值、高危险性船舶，从整体上看，这类船舶数量近几年迅速增加且今后还要呈上升趋势，我国液化气水上运输事业起步较晚，船舶上尤其重要的液货控制系统主要依靠进口。

发明内容

鉴于现有技术的上述问题，本发明的目的是提供一种完全实现对液化气船的装卸货过程、航行过程进行自动控制的液化气船液货控制系统，可以自动监控装卸货过程中及航行过程中的各种参数、出现异常时实现报警自动保护以及集中监管系统运行状况和模拟运行状况。

为了实现上述目的，本发明提供了一种，包括：

装卸货控制装置，基于STM32103微处理器芯片，用于在装卸货过程中根据检测到的参数自动控制深水泵和压缩机；

液位遥测装置，基于STM32103微处理器芯片，用于检测液罐的性能参数，当所述性能参数超过预设阈值时执行相应的预设动作，并将所述性能参数传送给中控装置，所述性能参数包括温度、压力和液位，所述执行相应的预设操作包括设备运行或停止；

应急保护装置，基于STM32103微处理器芯片，用于紧急切断和安全保护；

中控装置，基于STM32103微处理器芯片，用于接收所述装卸货控制装置、液位遥测装置和应急保护装置反馈的各种数据，集中监测控制。

作为优选，所述装卸货控制装置、液位遥测装置、应急保护装置和所述中控装置之间通过CAN总线通信。

作为优选，所述装卸货控制装置包括设在第一液罐底部的第一深井泵和设在第二液罐底部的第二深井泵，所述第一深井泵和第二深井泵分别通过穿过整个货舱深度的不锈钢轴与电动机连接，所述不锈钢轴每隔固定距离设置轴承支撑，所述电动机由变频器控制。所述第一液罐和所述第二液罐之间设有液相调拨管。

作为优选，所述液位遥测装置包括高位报警装置和高高位报警装置，当液位处于95％高位或98％高高位时发出报警信号。

作为优选，所述液位遥测装置还包括由聚四氟乙烯材料制成的浮力-位移转换器。

作为优选，所述中控装置具体包括工业计算机、STM32103微处理器芯片、深井泵控制柜和压缩机控制柜，所述工业计算机用于集中控制所述装卸货控制装置、液位遥测装置和应急保护装置。

本发明的有益效果是，可以完全实现对液化气船的装卸货过程、航行过程进行自动控制，且控制效果好、精度高、功能全和可靠性好等优点。

附图说明

图1是本发明的液化气船液货控制系统的结构示意图。

图2是图1中的装卸货控制装置的结构示意图。

图3是图1中的液位遥测装置的结构示意图(两个液罐)。

图4是图1中的应急保护装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

本实施例的核心思想是：通过CAN现场总线的形式，依托众多的温度、压力、氧气含量和液位压力传感器采集到尽可能多的点的参数，并且依据其参数所属不同的模块送到不同的STM32103微处理器芯片完成A/D转换后，再由微处理器芯片进行处理，然后由计算机软件进行分析，最后控制执行器动作或报警。所以本系统一方面具备了现场监测、控制和报警的功能；另一方面，数据还要同步送入到货控室和驾控室，以方便船员在货控台和驾控台进行操作和监控。

首先参看图1，液货控制系统包括：

整套液货控制系统使用了一台工业计算机、五个STM32103ARM微处理器芯片，它们采用的是CAN现场总线连接方式，使得系统有很快的运行速度和较强的数据处理能力，同时可以满足多测点的要求。液货控制系统局域网的传输媒体采用同轴电缆，它的最大数据率为50Mbps，最大数据率下最大距离是1km，实际联网设备数目可达10台，完全能满足本系统的要求。

如图2所示，两台同样的直立、多级、离心式深井泵11和深井泵12分别装于两个液罐13、14底部，深井泵11、12由设在液货舱甲板上的电动机15通过一根穿过整个货舱深度的不锈钢轴来驱动泵叶轮。由于轴很长，需要每隔一定距离设置一个轴承支撑以防止产生扭曲和振动。轴承用油润滑，电动机15为防爆电机，一般采用变频器16控制，其中变频器在货控室的控制柜中，它能使深井泵11、12无级调速。本装卸货装置设LPG气体压缩机组2台，自配套带有电动机、隔舱密封装置、前液分离器、出口缓冲罐、压力表、球阀、安全阀、压缩机电气控制箱等。LPG气体压缩机置于主甲板首部非封闭的压缩机室中，通过隔舱传动装置与相邻电动机室中的驱动电动机相联。进出口的分离器和缓冲罐等也都置于压缩机室中。货物装卸站位于两罐之间。一根液相总管22和一根气相总管23横向贯通两舷，每舷设有一个液相通岸接头24和二个气相通岸接头25、26。紧靠接头处分别设有相应的遥控紧急切断阀。气、液相接头附近分别设有排空阀，通过管路与透气总管相连接。液相总管上设有过滤器。气、液相总管之间设有连通的管路及阀门，以作扫线时气相加压用。每舷的液相管底部尚设有一排出球阀(DN15)。液相总管22与二个液罐的液货输入和输出管路相连接，气相总管23与二个液罐及LPG气体压缩机的管路相连接。在液罐内部，液相管22直通到液罐底部，气相管23仅在液罐顶部与气室相通，扫舱管管端插入到液罐内积液槽中。二个液罐13、14之间设有液相调拨管，以供二罐13、14之间的液货调拨之用。液化气船的装卸货过程为：干燥——惰化——用货物气体将惰气驱除货舱——装货——卸货。干燥/惰性气体系统27设有如下附件和安全装置：系统运行指示、清洗阀控制/清洗模式指示、惰气输送阀开启/关闭指示、惰气/干燥空气压力、氧气容量、干燥单元运转/停止指示、惰性气体发生器故障报警和自动停机、冷却系统故障报警和自动停机、惰气出口压力高故障报警和自动停机和氧气含量高故障报警和自动停机等。干燥/惰性气体系统27中设备的运行和停止由货控室(放置有中控装置)外的两个液罐13、14旁的装卸货控制装置控制，液罐13、14首次装液货，或人员进入液货罐13、14内进行检查作业，以及船舶进厂修理等时，液罐13、14必须进行置换作业。即用惰性气体驱除液罐内货物蒸气(或空气)，使之达到安全标准。在液罐和船上气、液相管路上都设有相应的阀门及管路，以供置换作业用。同时干燥/惰性气体系统27运行过程中的数据由图1中的CAN现场总线送到货控室中的工业计算机，操作人员可以在位于货控室中的工业计算机上方便地完成整个液货的装卸控制及压载控制。货控室中的工业计算机还提供整个液货处理的模拟操作图及压载系统的模拟操作图。每个液罐13、14上各装有一台LPG深井泵11、12，LPG深井泵11、12采用变频启动方式，其控制功能由装卸货控制装置完成，同时也可由设在货物控制室的工业计算机来操作，深井泵11、12旁设置防爆型起停按钮。卸货时，当液罐13、14出现低液位或负压时，相应的LPG深井泵11、12应自动停机，同时发出负压停机的报警信号。当紧急切断阀易熔元件动作时，也能切断运行中的LPG深井泵11、12。操作人员可以对液货系统中的泵、遥控阀门及液压动力单元进行遥控操作。具体地讲，操作者可以在屏幕上监测每种设备的运行状态，如深井泵11、12的起、停，低压、过电流、超压报警等；压缩机的起、停，过电流、滑油高温、出口高压报警等，所有信息都以实时方式记录入数据库，最终完成显示和报警的功能。装货作业中，由岸站计量液货装入量。船上液罐13、14上安装的磁致伸缩式液位测量装置28、29可随时反映液罐载货量。此外还配有SG-3UB型五管式滑管液位计。卸货由液罐13、14上配置的LPG深井泵11、12完成。如果某液罐的深井泵出现故障，其罐内液货可用均压调拨连通管引入另一罐后卸出；余气可用压缩机17、18中的一台液化压入另一罐内，再由另一罐的LPG深井泵卸出。液货卸出后，液罐13、14内尚存有大量的货物蒸气。这时，可利用LPG气体压缩机抽出压送至岸站，使液罐13、14内蒸气压力减至0.2～0.4MPa。

如图3所示，两个液罐13、14分别装有液位遥测装置。该系统的功能是显示每个液罐13、14内货物的液位、压力和温度。液位遥测装置的数据同时通过CAN现场总线送到货控室中的工业计算机。其主要软件功能包括：在初始化子程序中，将状态参数所占用的地址单元进行分配和清零处理，预置各状态参数的上限和下限报警值；在采样子程序中，对各状态参数的模拟量进行数字化处理，并贮存在由初始化程序所指定的各地址单元中；在工程化处理子程序中，将采样的数字量进行工程物理量的数字转化与处理；在声光报警程序中，可以列出报警清单，或者报警点位的布置位置，显示报警值的大小；在各状态参数显示程序中，可以用清单列表或曲线对比或图形等不同方式进行显示，在货控室中的工业计算机上通过菜单功能进行选择或切换。当然，为了得到准确的液货体积数据需要对船舶的横倾和纵倾进行修正计算。修正计算根据纵倾角传感器或吃水传感器输入的数据进行。液货监测系统主机实际上就是安装于货物控制室中的工业计算机，其上可以显示每个液罐13、14的液位、压力、底部和顶部温度，具有上下限报警功能。每个液罐13、14都均设有高位和高高位报警装置。液货监测系统配套现场防爆显示箱33、39，可以在每个液罐13、14气室附近显示液罐的液位、压力、底部和顶部温度。液货监测系统配套驾驶室延伸报警板，当液货系统的液位、压力、底部和顶部温度超限时，在货物控制室报警的同时，延伸到驾驶室报警。当液货系统95％高位和98％高高位报警动作时，向驾驶室、货物控制室和全船发出报警信号。每个液罐13、14气室另设有气压式温度计两套34、35、40、41和机械式压力表一套36、42。在每个液罐13、14上设有二套独立的液位测量装置，一套为磁致伸缩式液位计28、29，可实时分别测量液罐13、14上、中、下各个高度的液位；另一套为SG-3UB型五管式滑管液位计30、31。在每个液罐13、14上设置一套浮子式液位测量装置37、43，主要用于高液位和高高液位报警。当罐内液位达到充装极限的95％时，报警系统发出高液位声光报警信号，当液罐内液位达到充装极限的98％时，发出高高液位声光报警信号，从而防止液罐超装。浮子式液位测量装置37、43是带伺服系统的浮力-位移转换器，它有一个下垂式的砝码盘，由聚四氟乙烯(PTFE)材料制成，砝码盘的上端悬挂在由微处理器控制的伺服系统上。当液位上升时，浮力推举砝码盘也上升，作用在伺服系统上的下垂力小于砝码盘自身的重力，伺服系统就提拉砝码盘上升至下垂力略小于砝码盘自身的重力时，伺服系统就停止提拉，此时砝码盘正好悬浮在液体表面；反之，当液位下降时，伺服系统就使砝码盘也下降直到砝码盘正好悬浮在液体表面为止。由微处理器控制的伺服系统其快速性和精确性足以使砝码盘跟随液体表面上升或下降。由于伺服系统安装在罐体外，砝码盘及悬挂机构在罐体内，可以说使用浮力-位移转换器的液位传感器工作可靠、安全，并且精度高。仪器本身具有数码显示功能，其测量信号也可以远传至计算机。磁致伸缩式液位传感器28、29与防爆安全栅配套使用，防爆安全栅也装在货控室内，可以就地数字显示液位和温度，并具有远传功能。在液罐13、14的气室上均设有就地读数的机械压力表36、42。每个液罐13、14上还装有一个压力传感器46、47。压力传感器与防爆安全栅配套使用，表前配有不锈钢针型阀，可带压维修。可以就地数字显示压力，并具有远传功能。在每个液罐13、14上设有三套温度测量装置48、49、50、51、52、53，一个48、49位于液罐的底部(由AT磁致伸缩液位传感器28、29带)，另两个50、51、52、53接近于液罐顶部，但低于最高允许液面。一只用于测量液罐液相温度，一只用于测量VCM单体液相温度。通过温度变送器，与货物控制室和驾驶室内的指示仪表组成温度显示和报警系统，当液罐内温度高于45℃时，发出极限高温报警。当液罐内温度高于32℃时，报警系统能发讯报警，由人工起动水雾泵进行洒水喷淋降温。在每个液罐13、14上另设有两套气压式温度计两套34、35、40、41。液罐13、14顶部温度传感器50、51、52、53与防爆安全栅44、45配套使用，可以就地数字显示温度，并具有远传功能。气压式温度计34、35、40、41就地显示，可带压维修。同时，为了监视液货系统的可能泄漏，在每个储罐13、14舱底部、每个储罐透气头附近、厨房、空调机间、货物控制室、机舱、压缩机处和电动机室等16处，设置了永久性气体探测点。气体监测设备设在货控室。即当气体浓度达到爆炸下限的30％时，发出报警信号，同时切断液货设备的工作。如果在两分钟内报警信号未引起注意，则自动接通居住甲板内走道及首壁报警电铃，向全船发出紧急警报。同时船上还设有便携式货物气体浓度探测仪、有毒气体探测仪和氧气探测仪，以便在液罐气体装换、船舶修理或有泄漏时供检查使用。另，本船应设有2套适合所载运货品的可携式可燃气体探测设备。

如图4所示，应急处理和安全保护系统包括遥控紧急切断阀及其气动子系统、安全阀及压力释放子系统、可燃气体监测及报警子系统、消除静电功能系统，例如2台压缩机17、18设于主甲板的压缩机房，其电动机(110kW)设在主甲板电动机室，通过隔舱传动装置驱动压缩机运转，压缩机起动和电机舱风机联锁。压缩机采用变频启动方式，其控制功能由装卸货系统完成，同时也可由设在货物控制室的工业计算机来操作，机旁设置防爆型起停按钮。电动机室设有压缩机报警接线箱，当液罐出现超高液位及负压时或紧急切断阀易熔元件动作时，控制压缩机17、18停机。为了消除各种装置或系统可能产生的静电，消除静电危险，保障人身和设备的安全，本船将采取下列消除静电措施。静电接地箱一只，设于尾楼甲板，箱内接地螺栓采用M16×50mm，黄铜螺栓，共四只，均固定在40×3mm镀锡紫铜排上，其中一只铜螺栓供接岸电时接地电缆连接用，一只供输液管道末端经接地电缆引入本箱后连接用，一只供LPG蒸汽管道最末端经接地电缆引入本箱后连接用，还有一只铜螺柱供连接本船船壳用，连接方式采用25mm²专用电缆一端接在本接地箱铜螺栓上，接地专用电缆的另一端引至机舱右舷距基线3米(即本船空载水线以下处)的铜螺柱上，该铜螺柱焊在铜质复板上，该铜质复板(150×150×4mm)焊在该处船壳板上，且在该处船壳板外侧复焊一块200×200×4mm不锈钢板(不准涂漆)，以利与海水直接通地连接放电。本船静电接地箱与岸上专用接地箱之间，采用25mm²专用电缆连接，船舶靠岸后应用接地电缆将船岸之间的接地箱连接起来，连接时先接岸上的一端，后接船上一端。拆卸时，先拆船上一端，后拆岸上一端。船上静电接地箱布置在尾楼甲板。

在装货之前，氮气发生器开始工作，整个液货控制系统也开始工作，即对液位、温度、压力和含氧量的监测开始运行，并将所有采集到的数据送到工业计算机，这样现场和货控室可同时进行监测和控制，同时驾控室的计算机也可进行监测。

这样，根据本专利的基于ARM的液化气船液货控制系统具有如下优点，控制效果好、精度高、功能全和可靠性好等优点。

此外，为了保证系统安装后的可靠工作，可在货控室的工业计算机上做模拟试验，以检测个继电器、接触器是否工作正常，温度传感器、液位和压力传感器工作是否正常，采集数据是否准确，整个控制系统是否有故障等。

虽然本实施例中是基于ARM搭建的液化气船液货控制系统，但是同样可以采用继电器-接触器方式设计，也可以采用PLC。

本专利的液货控制系统除了用于液化石油气运输船舶(LPG)之外，还可应用于液化天然气运输船舶(LNG)，沥青船、化学品船、油船等，只不过对各温度、压力、液位等参数的设定值不同，而且要求的传感器测点数目不同，对设备运行工作的温度环境要求也不同，但工作原理和整个控制系统是不变的。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种液化气船液货控制系统，包括：

2.根据权利要求1所述的液化气船液货控制系统，其特征在于，所述装卸货控制装置、液位遥测装置、应急保护装置和所述中控装置之间通过CAN总线通信。

3.根据权利要求1所述的液化气船液货控制系统，其特征在于，所述装卸货控制装置包括设在第一液罐底部的第一深井泵和设在第二液罐底部的第二深井泵，所述第一深井泵和第二深井泵分别通过穿过整个货舱深度的不锈钢轴与电动机连接，所述不锈钢轴每隔固定距离设置轴承支撑，所述电动机由变频器控制。

4.根据权利要求3所述的液化气船液货控制系统，其特征在于，所述第一液罐和所述第二液罐之间设有液相调拨管。

5.根据权利要求1所述的液化气船液货控制系统，其特征在于，所述液位遥测装置包括高位报警装置和高高位报警装置，当液位处于95％高位或98％高高位时发出报警信号。

6.根据权利要求5所述的液化气船液货控制系统，其特征在于，所述液位遥测装置还包括由聚四氟乙烯材料制成的浮力-位移转换器。

7.根据权利要求1所述的液化气船液货控制系统，其特征在于，所述中控装置具体包括工业计算机、STM32103微处理器芯片、深井泵控制柜和压缩机控制柜，所述工业计算机用于集中控制所述装卸货控制装置、液位遥测装置和应急保护装置。