CN113844606A - 一种船舶防护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶安全技术领域，公开了一种船舶防护系统，包括控制系统、感知系统、被动防护系统、主动防护系统以及电力保障系统；控制系统包括工控机、通讯模块、信号监测模块和控制模块，工控机通过通讯模块分别与信号监测模块和控制模块连接；感知系统包括分别与信号监测模块连接的气体探测装置和温度探测装置；被动防护系统包括分别与信号监测模块和控制模块连接的风闸气密装置以及与信号监测模块连接的门窗气密装置；主动防护系统，包括分别与信号监测模块以及控制模块连接的正压维持装置、二氧化碳脱除装置、水幕防护装置和电源切断装置，电力保障系统包括分别与信号监测模块和控制模块连接的动力电池组。本发明能针对可燃气体进行安全防护。
Description
技术领域
本发明涉及船舶安全技术领域，特别是涉及一种船舶防护系统。
背景技术
液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)，主要成分是甲烷，被公认是地球上最干净的化石能源。目前海上LNG运量占世界LNG运量的80％以上，而在LNG海上运输版图中，我国越来越庞大的需求已经深刻影响到全球竞争格局。随着我国LNG船队数量不断增加以及向大型化趋势发展的同时，也提高了人们对LNG船发生LNG泄漏潜在威胁的关注度。根据资料，一艘16万m3的LNG船满载时所储存的LNG总能量约是广岛原子弹的70倍，一旦爆炸，后果不堪设想。针对LNG船舶运输安全，我国海事部门有必要建造特种船舶对管辖区域内的LNG船舶航行监护、锚地监控以及辖区危险品码头与作业水域的安全监管，以及包括危险品事故应急在内的现场综合应急救援。
对于传统的船舶，不具备上述功能。因传统的船舶与室外进行气体交互的出口，其门、窗、盖并不气密，且传统的船舶舱室通风需要引入船舶外部的新风；此外，船舶室内/外的设备绝大多数是非防爆，包括主柴油发电机组，在柴油燃烧时需消耗大量空气中的氧气，其需要机舱大风机源源不断的从室外鼓入新鲜空气。上述种种情况都说明传统船舶在LNG泄漏的海域肯定会引入可燃气体进入船舱进而造成事故，更谈不上航行监护、锚地监控、安全监管甚至应急救援了。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种针对可燃气体进行安全防护的船舶防护系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种船舶防护系统，包括控制系统、感知系统、被动防护系统、主动防护系统以及电力保障系统，所述控制系统包括工控机、通讯模块、信号监测模块和控制模块，所述工控机通过所述通讯模块分别与所述信号监测模块和所述控制模块连接；所述感知系统包括气体探测装置和温度探测装置，所述气体探测装置和所述温度探测装置分别与所述信号监测模块连接；所述被动防护系统包括风闸气密装置和门窗气密装置，所述风闸气密装置分别与所述控制模块和所述信号监测模块连接，所述门窗气密装置与所述信号监测模块连接；所述主动防护系统，包括正压维持装置、二氧化碳脱除装置、水幕防护装置和电源切断装置，所述正压维持装置、所述二氧化碳脱除装置、所述水幕防护装置和所述电源切断装置分别与所述信号监测模块以及所述控制模块连接，所述电力保障系统包括动力电池组，所述动力电池组分别与所述信号监测模块和所述控制模块连接。
作为本发明的优选方案，所述信号监测模块包括开关量输入采集模块、温度输入采集模块和串口通讯采集模块，所述控制模块包括开关量输出模块。
作为本发明的优选方案，所述气体探测装置包括探测主机和多个气体探头，所述探测主机分别与所述开关量输入采集模块和所述气体探头连接。
作为本发明的优选方案，所述气体探头包括可燃气体探头和有毒气体探头。
作为本发明的优选方案，所述温度探测装置设置多个，所述温度探测装置与所述温度输入采集模块连接。
作为本发明的优选方案，所述风闸气密装置包括气密风闸和驱动所述气密风闸动作的风闸控制箱，所述风闸控制箱分别与所述串口通讯采集模块和所述开关量输出模块连接。
作为本发明的优选方案，所述门窗气密装置包括气密门、气密窗和气密舱口盖，所述气密门、所述气密窗和所述气密舱口盖分别设有行程开关，所述行程开关与所述开关量输入采集模块连接。
作为本发明的优选方案，所述正压维持装置包括高压呼吸空气瓶、与所述高压呼吸空气瓶连通的送气管路、用于控制所述送气管路通止的送气阀件和控制所述送气阀件开关的空气瓶控制箱，所述空气瓶控制箱分别与所述开关量输入采集模块和所述开关量输出模块连接，所述二氧化碳脱除装置分别与所述开关量输入采集模块和所述开关量输出模块连接。
作为本发明的优选方案，所述水幕防护装置包括水幕泵、与水幕泵连接的送水管道、与所述送水管道连接的喷头、用于控制所述送水管道通止的送水阀件和控制所述送水阀件开关及启停所述水幕泵的水幕控制箱，所述水幕控制箱分别与所述开关量输入采集模块和所述开关量输出模块连接。
作为本发明的优选方案，所述电源切断装置包括多个断路器，所述断路器分别与所述开关量输出模块连接，所述动力电池组分别与所述串口通讯采集模块和所述开关量输出模块连接。
本发明实施例一种船舶防护系统，与现有技术相比，其有益效果在于：气体探测装置和温度探测装置检测到的可燃性气体的浓度数据和温度数据通过信号监测模块和通讯模块传输至工控机，实时监测外界可燃气体的浓度和温度；当气体探测装置监测到的可燃气体的浓度值超出至设定值时，操作工控机使得控制模块发出指令，从而控制风闸气密装置关闭，同时手动关闭门窗气密装置，防止外界可燃性气体进入船舱内；控制正压维持装置开启，使船舱内保持正压以防止外界可燃性气体进入船舱内；控制二氧化碳脱除装置开启，防止二氧化碳浓度过高，以确保人员正常呼吸；控制电源切断装置开启，切断各个负载的电源，同时启用动力电池组供电；当温度探测装置监测到的温度低于设定值时，操作工控机使得控制模块发出指令，从而控制水幕装置启动，产生水幕进行隔稳保护；本发明能在工控机统一对各个装置进行监测和控制，能有效防止外界的可燃性气体进入，同时维持船舱内人员的正常呼吸以及为船舶提供动力逃离危险区域。
附图说明
图1是本发明提供的一种船舶防护系统的各部件连接关系示意图；
图中，1、控制系统；11、工控机；12、通讯模块；13、信号监测模块；14、控制模块；2、感知系统；21、气体探测装置；22、温度探测装置；3、被动防护系统；31、风闸气密装置；32、门窗气密装置；4、主动防护系统；41、正压维持装置；42、二氧化碳脱除装置；43、水幕防护装置；44、电源切断装置；5、电力保障系统；51、动力电池组。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在发明的描述中，应当理解的是，本发明采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明优选实施例的一种船舶防护系统，包括控制系统1、感知系统2、被动防护系统3、主动防护系统4以及电力保障系统5，控制系统1包括工控机11、通讯模块12、信号监测模块13和控制模块14，工控机11通过通讯模块12分别与信号监测模块13和控制模块14连接；感知系统2包括气体探测装置21和温度探测装置22，气体探测装置21和温度探测装置22分别与信号监测模块13连接；被动防护系统3包括风闸气密装置31和门窗气密装置32，风闸气密装置31分别与控制模块14和信号监测模块13连接，门窗气密装置32与信号监测模块13连接；主动防护系统4，包括正压维持装置41、二氧化碳脱除装置42、水幕防护装置43和电源切断装置44，正压维持装置41、二氧化碳脱除装置42、水幕防护装置43和电源切断装置44分别与信号监测模块13以及控制模块14连接，电力保障系统5包括动力电池组51，动力电池组51分别与信号监测模块13和控制模块14连接。
本实施例的工作原理为：气体探测装置21和温度探测装置22检测到的可燃性气体的浓度数据和温度数据通过信号监测模块13和通讯模块12传输至工控机11，实时监测外界可燃气体的浓度和温度；当气体探测装置21监测到的可燃气体的浓度值超出至设定值时，操作工控机11使得控制模块14发出指令，从而控制风闸气密装置31关闭，同时手动关闭门窗气密装置32，防止外界可燃性气体进入船舱内；控制正压维持装置41开启，使船舱内保持正压以防止外界可燃性气体进入船舱内；控制二氧化碳脱除装置42开启，防止二氧化碳浓度过高，以确保人员正常呼吸；控制电源切断装置44开启，切断各个负载的电源，同时启用动力电池组51供电；当温度探测装置22监测到的温度低于设定值时，操作工控机11使得控制模块14发出指令，从而控制水幕装置启动，产生水幕进行隔稳保护；本发明能在工控机11统一对各个装置进行监控和控制，能有效防止外界的可燃性气体进入，同时维持船舱内人员的正常呼吸以及为船舶提供动力逃离危险区域。
示例性的，信号监测模块13包括开关量输入采集模块、温度输入采集模块和串口通讯采集模块，开关量输入采集模块用于收集各部件的开启状态指令或关闭状态指令，温度输入采集模块用于接收温度的数据信号，本实施例中温度探测装置22使用PT100温度传感器，此外可使用Ni120温度传感器，串口通讯采集模块用于接收各种状态的数据，开关量输入采集模块、温度输入采集模块和串口通讯采集模块分别接收不同的信号，针对性强，确保信号数据传输正常，控制模块14包括开关量输出模块，发送开启或关闭指令，从而控制各部件的开关，通过开关量输出模块可一键开启各部件。
示例性的，气体探测装置21包括探测主机和多个气体探头，气体探头设置多个，分别设于船舱内和船舱外，设于船舱内能检测船舱内是否存在可燃气体泄漏的情况，探测主机分别与开关量输入采集模块和气体探头连接，当任意一个气体探头检测到可燃气体的浓度大于设定值时，则反馈至探测主机，探测主机产生第一警报信号，探测主机将“第一警报信号开启”这个状态输送至开关量输入采集模块，简化传输的数据，此外可设定多级警报浓度，依浓度上升进行多级、不同程度的警戒，而开关量输出模块可根据相应的警戒级别自动控制不同的部件启动，当可燃性气体浓度恢复正常时，可自动控制各部件恢复正常，则使得防护系统更为合理。
示例性的，气体探头包括可燃气体探头和有毒气体探头，除了对可燃气体进行探测，还能对有毒气体进行探测。
示例性的，温度探测装置22设置多个，分布在全船室外区域，温度探测装置22与温度输入采集模块连接，然后通过通讯模块12输送至工控机11，以便监测，当任意一个温度探测装置22探测的温度超出设定值时，工控机11则会发出第二警报信号。
示例性的，风闸气密装置31包括气密风闸和驱动气密风闸动作的风闸控制箱，气密风闸主要负责船舶内部与外部的空气交换隔绝，安装于新风进风口处，风闸控制箱分别与串口通讯采集模块和开关量输出模块连接，通过串口采集模块将气密风闸的运行情况和开关状态传输至工控机11，开关量输出模块发出指令控制风闸控制箱驱动气密风闸开启或关闭。
示例性的，门窗气密装置32包括气密门、气密窗和气密舱口盖，用于隔绝船舶内部与外部的空气交换，气密门、气密窗和气密舱口盖分别设有行程开关，行程开关与开关量输入采集模块连接，实现对各个气密门、气密窗和气密舱口盖的开关情况的监测，本实施例中门窗气密装置32需要手动开关，此外可设置为电动开启且与开关量输出模块连接，则可实现一键关闭。
示例性的，正压维持装置41包括高压呼吸空气瓶、与高压呼吸空气瓶连通的送气管路、用于控制送气管路通止的送气阀件和控制送气阀件开关的空气瓶控制箱，当空气瓶控制箱控制送气阀件打开时，高压呼吸空气瓶中的空气会通过送气管道输送至船舱的各处，使全船内部形成正压，防止外界的可燃性气体进入，空气瓶控制箱分别与开关量输入采集模块和开关量输出模块连接，使得控制系统1能监测和控制正压维持系统的开关状态。
示例性的，二氧化碳脱除装置42分别与开关量输入采集模块和开关量输出模块连接，通过二氧化碳脱除装置42实时监测空气中的二氧化碳浓度，当浓度高于预设报警值时输出报警信号至开关量输入采集模块，在工控机11报警；通过开关量输出模块可远程开启二氧化碳脱除装置42运行，防止二氧化碳浓度过高，以确保人员正常呼吸，二氧化碳脱除装置42氧化碳脱除装置设于船舶内人员聚集区域，如驾驶室、会议室、活动室等，数量可按需配置，用于在船舶实现密闭后(关闭气密风闸、关闭气密门、关闭气密窗和关闭气密舱口盖)，脱除人体呼出的二氧化碳，保证人员的正常呼吸。
示例性的，水幕防护装置43包括水幕泵、与水幕泵连接的送水管道、与送水管道连接的喷头、用于控制送水管道通止的送水阀件和控制送水阀件开关及启停水幕泵的水幕控制箱，喷头等间距布设于船舶的左、右侧舷侧的船壳外板，水幕泵的输入端管路吸口与大海连接，水幕泵的输出端与送水管道连接，当水幕控制箱控制水幕泵启动和控制送水阀件打开时，水幕泵将大海的水抽送至送水管道，随后从喷头喷出形成水幕，对船壳进行降温或隔温保护，水幕控制箱分别与开关量输入采集模块和开关量输出模块连接，使得控制系统1能监测和控制水幕防护装置的开关状态。
示例性的，电源切断装置44包括多个断路器，多个断路器分别设于各个负载的控制电路上，断路器分别与开关量输出模块连接，断路器接收到开关量输出模块的关闭信号后，则切断其对应的负载的电源，一键操作，方便快捷，此外断路器还可与开关量采集输入模块连接，以监测断路器的开关情况。
示例性的，动力电池组51包括电池组及控制器，控制器分别与串口通讯采集模块及控制模块连接，动力电池组的控制器与串口通讯采集模块连接，可实现在工控机11实时读取电池组的电压、电流、温度、剩余电量等采集信息，通过开关量输出模块实现对电池组功能的启用或关闭。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种船舶防护系统，其特征在于：包括控制系统、感知系统、被动防护系统、主动防护系统以及电力保障系统，所述控制系统包括工控机、通讯模块、信号监测模块和控制模块，所述工控机通过所述通讯模块分别与所述信号监测模块和所述控制模块连接；所述感知系统包括气体探测装置和温度探测装置，所述气体探测装置和所述温度探测装置分别与所述信号监测模块连接；所述被动防护系统包括风闸气密装置和门窗气密装置，所述风闸气密装置分别与所述控制模块和所述信号监测模块连接，所述门窗气密装置与所述信号监测模块连接；所述主动防护系统，包括正压维持装置、二氧化碳脱除装置、水幕防护装置和电源切断装置，所述正压维持装置、所述二氧化碳脱除装置、所述水幕防护装置和所述电源切断装置分别与所述信号监测模块以及所述控制模块连接，所述电力保障系统包括动力电池组，所述动力电池组分别与所述信号监测模块和所述控制模块连接。
2.根据权利要求1所述的船舶防护系统，其特征在于：所述信号监测模块包括开关量输入采集模块、温度输入采集模块和串口通讯采集模块，所述控制模块包括开关量输出模块。
3.根据权利要求2所述的船舶防护系统，其特征在于：所述气体探测装置包括探测主机和多个气体探头，所述探测主机分别与所述开关量输入采集模块和所述气体探头连接。
4.根据权利要求3所述的船舶防护系统，其特征在于：所述气体探头包括可燃气体探头和有毒气体探头。
5.根据权利要求2所述的船舶防护系统，其特征在于：所述温度探测装置设置多个，所述温度探测装置与所述温度输入采集模块连接。
6.根据权利要求2所述的船舶防护系统，其特征在于：所述风闸气密装置包括气密风闸和驱动所述气密风闸动作的风闸控制箱，所述风闸控制箱分别与所述串口通讯采集模块和所述开关量输出模块连接。
7.根据权利要求2所述的船舶防护系统，其特征在于：所述门窗气密装置包括气密门、气密窗和气密舱口盖，所述气密门、所述气密窗和所述气密舱口盖分别设有行程开关，所述行程开关与所述开关量输入采集模块连接。
8.根据权利要求2所述的船舶防护系统，其特征在于：所述正压维持装置包括高压呼吸空气瓶、与所述高压呼吸空气瓶连通的送气管路、用于控制所述送气管路通止的送气阀件和控制所述送气阀件开关的空气瓶控制箱，所述空气瓶控制箱分别与所述开关量输入采集模块和所述开关量输出模块连接，所述二氧化碳脱除装置分别与所述开关量输入采集模块和所述开关量输出模块连接。
9.根据权利要求2所述的船舶防护系统，其特征在于：所述水幕防护装置包括水幕泵、与水幕泵连接的送水管道、与所述送水管道连接的喷头、用于控制所述送水管道通止的送水阀件和控制所述送水阀件开关及启停所述水幕泵的水幕控制箱，所述水幕控制箱分别与所述开关量输入采集模块和所述开关量输出模块连接。
10.根据权利要求2所述的船舶防护系统，其特征在于：所述电源切断装置包括多个断路器，所述断路器分别与所述开关量输出模块连接，所述动力电池组分别与所述串口通讯采集模块和所述开关量输出模块连接。
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