FR2602350A1 - METHOD FOR MONITORING THE PROPULSION INSTALLATION AND THE ENERGY GENERATION OF A MECHANICAL PROPELLED VESSEL - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique. The present invention relates to a method for monitoring the propulsion installation and the production of energy of a mechanically propelled ship.
Elle concerne en particulier un procédé qui permet le suivi de l'efficience énergétique. Ce suivi est une nécessité si l'on veut conduire au mieux une installation machine, telle qu'une installation machine d'un pétrolier à moteur. Ce suivi n'est pas aisé à réaliser sur les navires du fait de l'absence, en général, des divers éléments nécessaires au calcul. De plus, c'est un service qui demande énormément de temps au personnel compétent, et cela d'autant plus que la technicité des navires augmente.It relates in particular to a process which makes it possible to monitor energy efficiency. This monitoring is a necessity if we want to drive a machine installation, such as a machine installation of a motor oil tanker. This monitoring is not easy to carry out on ships due to the absence, in general, of the various elements necessary for the calculation. In addition, it is a service which requires an enormous amount of time from the competent personnel, all the more so as the technicality of the ships increases.
Un des premiers buts de l'invention est de réaliser un procédé qui permette le suivi de l'efficience de l'installation machine d'une façon convenable. Ce procédé peut être considéré comme un suivi automatique en temps réel qui trouve tout à fait sa justification, compte tenu que l'on peut admettre qu'un suivi sérieux des performances machine permette d'améliorer la conduite en réduisant d'au moins 2 % la consommation de combustible, ce qui peut représenter au minimum 250 tonnes par an pour un pétrolier à moteur de 90 000 tonnes (poids mort) exploité à 15000 CV.Le procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie selon l'invention doit assurer principalement les fonctions suivantes - la centralisation et le traitement en temps réel des
mesures relatives au flux énergétique et à l'état de
fonctionnement des équipements énergétiques du bord, - le calcul des performances des différents maillons qui
constituent la channe énergétique du navire, - la comparaison de ces performances -à des standards, - l'élaboration de diagnostics automatiques et de guide
opérateur.One of the first objects of the invention is to carry out a process which makes it possible to monitor the efficiency of the machine installation in a suitable manner. This process can be considered as automatic monitoring in real time which is entirely justified, given that it can be accepted that serious monitoring of machine performance improves driving by reducing by at least 2% fuel consumption, which can represent at least 250 tonnes per year for a 90,000 tonnes (deadweight) motor oil tanker operated at 15,000 hp. The process for monitoring the propulsion and energy production system according to the invention should mainly provide the following functions - centralization and real-time processing of
energy flow and state measurements
operation of on-board energy equipment, - calculation of the performance of the various links which
constitute the energy chain of the ship, - the comparison of these performances - with standards, - the development of automatic diagnostics and guide
operator.
- la mise en mémoire de l'information acquise pour
archivage et traitements ultérieurs.- the storage of the information acquired for
archiving and further processing.
Ces différents objectifs sont atteints par un procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique, ladite installation comportant des moyens permettant la transformation d'énergie primaire en énergie mécanique, thermique ou électrique, ledit procédé étant caractérisé en ce que lesdits moyens sont regroupés d'une manière fictive en des groupes, la performance énergétique de tous les moyens de chaque groupe pouvant être représentée par une même grandeur et en ce que, pour-chaque groupe, on acquiert en temps réel des mesures représentatives de l'état énergétique du groupe, on élabore à partir de ces mesures une grandeur représentative de l'état énergétique du groupe, on évalue l'écart existant entre cette dernière grandeur et une grandeur standard, en fonction de cet écart on agit sur des variables de conduite du groupe pour rendre ledit écart inférieur à une valeur prédéterminée. These various objectives are achieved by a process for monitoring the propulsion installation and energy production of a mechanically propelled ship, said installation comprising means allowing the transformation of primary energy into mechanical, thermal or electrical energy, said method being characterized in that said means are grouped in a fictitious manner into groups, the energy performance of all the means of each group being able to be represented by the same quantity and in that, for each group, real-time measurements representative of the energy state of the group, we develop from these measurements a quantity representative of the energy state of the group, we evaluate the difference between this latter quantity and a standard quantity, depending on this deviation we act on group management variables to make said deviation less than a predetermined value.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, l'installation que l'on veut commander comporte - un groupe de propulsion constitué essentiellement par au
moins un moteur diésel de propulsion, alimenté en fuel et
en air, l'alimentation en air se faisant éventuellement
par l'intermédiaire d'un turbo-compresseur, - un groupe de récupération constitué essentiellement par
une chaudière de récupération des calories sur les gaz
d'échappement en provenance du moteur, ladite chaudière
produisant de la vapeur, - un groupe auxiliaire comprenant au moins une chaudière
auxiliaire permettant l'accumulation de la vapeur
produite par le groupe de récupération et son évacuation
ou la production et l'évacuation des vapeurs;; - un groupe de production énergétique, alimenté par la
vapeur en provenance du groupe auxiliaire et comprenant
au moins un turbo-alternateur pour la production
d'énergie électrique et au moins un échangeur de chaleur
dont les sorties vapeur sont reliées au groupe de
récupération. According to a preferred embodiment of the invention, the installation which it is desired to control comprises - a propulsion group essentially consisting of at
minus a diesel propulsion engine, fueled with fuel and
air, the air supply possibly being made
via a turbo-compressor, - a recovery group essentially consisting of
a boiler for recovering calories from gases
exhaust from the engine, said boiler
producing steam, - an auxiliary unit comprising at least one boiler
auxiliary allowing the accumulation of steam
produced by the recovery group and its evacuation
or the production and evacuation of vapors; - an energy production group, powered by
steam from the auxiliary unit and including
at least one turbo-generator for production
of electrical energy and at least one heat exchanger
whose steam outlets are connected to the group of
recovery.
Le procédé est alors caractérisé en ce que pour chacun de ces groupes, on élabore un paramètre représentatif du fonctionnement de tous les constituants du groupe, on compare ce paramètre à une valeur de consigne de façon à élaborer un signal représentatif du bon fonctionnement du groupe, et en fonction de ce dernier signal, on agit sur les variables de conduite du groupe pour rendre ledit écart inférieur à une valeur prédéterminée. The process is then characterized in that for each of these groups, a parameter representative of the operation of all the constituents of the group is developed, this parameter is compared to a set value so as to develop a signal representative of the proper functioning of the group, and as a function of this last signal, action is taken on the group's driving variables to make said difference less than a predetermined value.
Mais l'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description suivante, faite d'une manière illustrative et nullement limitative, en référence aux figures annexées dans lesquelles - la figure 1 représente schématiquement le principe de
l'installation de production d'énergie d'un pétrolier, - la figure 2 représente le regroupement selon l'invention
des moyens représentés figure 1, - la figure 3 représente la courbe de consommation du
groupe de propulsion, - la figure 4 représente la variation du coefficient
d'échange thermique dans l'ensemble de récupération, - la figure 5 représente une partie du groupe de production
d'énergie, - la figure 6 représente la courbe de consommation de
vapeur du turboalternateur en fonction de la puissance.However, the invention and its advantages will be better understood on reading the following description, given in an illustrative and in no way limiting manner, with reference to the appended figures in which - FIG. 1 schematically represents the principle of
the energy production installation of an oil tanker, - Figure 2 represents the grouping according to the invention
means shown in Figure 1, - Figure 3 shows the consumption curve of the
propulsion group, - figure 4 represents the variation of the coefficient
heat exchange in the recovery unit, - Figure 5 shows part of the production group
of energy, - Figure 6 represents the consumption curve of
steam from the turbo alternator depending on the power.
On a représenté schématiquement figure 1 le principe de l'installation de production d'énergie d'un pétrolier, alimenté en fuel. Cette installation comporte un moteur diésel (1) alimenté en fuel (3) pour l'entrainement de l'hélice (2) . L'évacuation des gaz brûlés en provenance du moteur alimente elle-même une chaudière de récupération (4) qui permet la production dé vapeur. Cette vapeur est stockée dans une bâche (5) qui peut aussi être alimentée par une chaudière auxiliaire (6). FIG. 1 schematically shows the principle of the installation for producing energy from an oil tanker, supplied with fuel. This installation comprises a diesel engine (1) supplied with fuel (3) for driving the propeller (2). The evacuation of the burnt gases from the engine itself feeds a recovery boiler (4) which allows the production of steam. This steam is stored in a tank (5) which can also be supplied by an auxiliary boiler (6).
La bâche (5) alimente aussi un groupe de production d'énergie (7) constitué par un ensemble de réchauffeurs qui permet le réchauffage nécessaire au moteur principal (8) le réchauffage (9) nécessaire à la chaudière auxiliaire (6) le réchauffage (10) des installations domestiques et le rechauffage de la cargaison (11).The cover (5) also supplies an energy production group (7) constituted by a set of heaters which allows the heating necessary for the main engine (8) the heating (9) necessary for the auxiliary boiler (6) the heating ( 10) domestic installations and the reheating of the cargo (11).
La bâche vapeur alimente aussi des turbines (12) pour l'entrainement de pompes (13) ainsi que des treuils (14) et un turbo-alternateur (15) pour la production d'électricité. The steam tank also supplies turbines (12) for driving pumps (13) as well as winches (14) and a turbo-alternator (15) for the production of electricity.
On a représenté sur la figure 2 le regroupement selon l'invention, des moyens représentés figure 1 qui portent les mêmes références, ainsi que des éléments complémentaires qui leur sont associés. There is shown in Figure 2 the grouping according to the invention, means shown in Figure 1 which have the same references, as well as complementary elements associated with them.
Le premier groupe (100) que l'on peut appeler groupe de propulsion, regroupe le moteur diésel (1), associé à l'hélice (2) et à son système d'alimentation. Ce système d'alimentation est constitué par une alimentation en fuel (3), une alimentation en air (101) qui comprend une pompe (102) et un système de réfrigération (103). La pompe (102) est- suralimentée par un turbo-compresseur (104) lui-même relié au moteur (1) par une tubulure (-105). Le moteur (104) comporte une tubulure (106) d'évacuation des gaz vers le deuxième groupe. The first group (100) which can be called propulsion group, includes the diesel engine (1), associated with the propeller (2) and its power system. This supply system consists of a fuel supply (3), an air supply (101) which includes a pump (102) and a refrigeration system (103). The pump (102) is supercharged by a turbo-compressor (104) itself connected to the engine (1) by a pipe (-105). The engine (104) comprises a pipe (106) for evacuating the gases to the second group.
Le deuxième groupe (200), qui est un groupe de récupération, comporte la chaudière de récupération (4) et un économiseur (201). La chaudière (4) est reliée à la tubulure (106) et sa tubulure d'évacuation des gaz brûlés (202) est reliée à l'économiseur (201). La chaudière (4) et l'économiseur t201) comportent chacun une tubulure (206) et (207) de sortie vapeur qui débouche dans la bâche (5). The second group (200), which is a recovery group, comprises the recovery boiler (4) and an economizer (201). The boiler (4) is connected to the pipe (106) and its burnt gas discharge pipe (202) is connected to the economizer (201). The boiler (4) and the economizer t201) each have a steam outlet pipe (206) and (207) which opens into the tank (5).
Cette bâche (5) fait elle-même partie d'une chaudière (6) qui est contenue dans le module auxiliaire (300). Ce module auxiliaire comporte aussi une pompe (209) pour la recirculation de l'eau chaude en provenance de la chaudière (6) qui est elle-même munie d'un dispositif non représenté d'alimentation en fuel. This cover (5) is itself part of a boiler (6) which is contained in the auxiliary module (300). This auxiliary module also includes a pump (209) for the recirculation of hot water from the boiler (6) which is itself provided with a device (not shown) for fuel supply.
Elle comporte une tubulure (210) d'évacuation de la vapeur vers le module de production d'énergie (7). It comprises a pipe (210) for evacuating the steam to the energy production module (7).
Tous les éléments contenus dans le groupe de production d'énergie (7) sont alimentés en vapeur par la tubulure (210). Le groupe de production d'énergie comporte un ensemble turbo alternateur de production d'électricité constitué lui-même par un turbo alternateur (215), une conduite de déversement (216) et un condenseur (217). Le turbo alternateur est relié au condenseur par la tubulure (218). Le condenseur sous vide est relié à une bâche alimentaire (219) par une tubulure (220) qui permet la récupération de la vapeur condensée. All the elements contained in the energy production group (7) are supplied with steam by the pipe (210). The power generation unit comprises a turbo generator assembly for producing electricity, itself constituted by a turbo generator (215), a discharge pipe (216) and a condenser (217). The turbo alternator is connected to the condenser by the pipe (218). The vacuum condenser is connected to a food cover (219) by a tube (220) which allows the recovery of the condensed vapor.
Les ensembles de ré chauffage du moteur principal de ré chauffage de la chaudière auxiliaire et du réchauffage de l'eau chaude sanitaire pour l'hôtel sont représentés par la référence (220). Ils sont situés en parallèle de l'ensemble de réchauffage pour la cargaison (11). Ces. deux ensembles (220) et (11) sont reliés à la tubulure vapeur (210) et en sortie débouchent dans la bâche alimentaire (219) prr l'intermédiaire d'une caisse d'observation (230) et de trois tubulures (231, 232, 233). L'ensemble de réchauffage d'eau (10) est alimenté par la tubulure (210) et débouche dans la bâche alimentaire (219) par la tubulure (235). The reheating assemblies of the main reheating engine of the auxiliary boiler and of the domestic hot water heating for the hotel are represented by the reference (220). They are located in parallel with the cargo heater (11). These. two assemblies (220) and (11) are connected to the steam pipe (210) and at the outlet open into the food cover (219) through an observation box (230) and three pipes (231, 232, 233). The water heating assembly (10) is supplied by the tubing (210) and opens into the food cover (219) through the tubing (235).
L'ensemble (12) de commande des pompes de cargaison est alimenté en vapeur par la tubulure (210) et débouche dans la bâche (219) par la tubulure (236) et le condenseur (237). L'ensemble (14) de commande des treuils est aussi alimenté par la tubulure (210) et débouche dans la bâche alimentaire (219) par la tubulure (238). The cargo pump control assembly (12) is supplied with steam through the tubing (210) and opens into the tank (219) through the tubing (236) and the condenser (237). The winch control assembly (14) is also supplied by the tubing (210) and opens into the food cover (219) through the tubing (238).
La vapeur condensée provenant de la bâche alimentaire (219) est évacuée par la pompe (240) et la tubulure (241) vers l'ensemble (201) de préchauffage d'eau par l'intermédiaire d'un réchauffeur (242). The condensed steam coming from the food cover (219) is evacuated by the pump (240) and the tube (241) to the assembly (201) for preheating water via a heater (242).
Chacun des groupes, ou modules, ainsi représentés est surveillé par un seul paramètre de la façon qui va être explicitée ci-dessous. Each of the groups, or modules, thus represented is monitored by a single parameter in the manner which will be explained below.
Pour contrôler le groupe de propulsion, on va surveiller sa consommation en fonction de sa puissance. To control the powertrain, we will monitor its consumption according to its power.
Pour cela, on établit une courbe théorique telle que représentée sur la figure 3. Cette courbe représente la variation de la consommation en fonction de la puissance fournie par le moteur.For this, a theoretical curve is established as shown in FIG. 3. This curve represents the variation in consumption as a function of the power supplied by the engine.
Pour surveiller le groupe de propulsion, on mesure à un instant donné sa consommation réelle en 24h. On obtient le point (120). Avant d'effectuer toute comparaison au standard, on effectue sur ce paramètre des corrections qui sont nécessaires pour effectuer la comparaison dans de bonnes conditions ; ces corrections peuvent, par exemple, prendre en compte l'état d'usure du matériel, la température de l'eau de mer, la température de l'air, le pouvoir calorifique du fuel, etc... To monitor the powerplant, you measure its actual consumption in 24 hours at a given time. We get the point (120). Before carrying out any comparison with the standard, corrections are made to this parameter which are necessary for carrying out the comparison under good conditions; these corrections can, for example, take into account the state of wear of the equipment, the sea water temperature, the air temperature, the calorific value of the fuel, etc.
On obtient alors le point (121) qui représente la consommation corrigée. On calcule alors l'écart entre la consommation corrigée et la consommation théorique. De préférence, cet écart est converti en pourcentage et il est suivi. Cet écart est recalculé tous les quarts d'heure. La comparaison de cet écart à un écart type permet de déterminer à chaque instant le bon fonctionnement du groupe de propulsion, et ainsi le bon fonctionnement de tous les éléments de ce groupe de propulsion. We then obtain the point (121) which represents the corrected consumption. The difference between the corrected consumption and the theoretical consumption is then calculated. Preferably, this difference is converted into a percentage and it is followed. This difference is recalculated every quarter of an hour. The comparison of this deviation with a standard deviation makes it possible to determine at all times the proper functioning of the propulsion unit, and thus the proper functioning of all the elements of this propulsion unit.
Différentes adaptations ont été testées. En particulier, on peut ne faire ces calculs qu'en des circonstances particulières à la condition d'avoir des mesures stables. Different adaptations have been tested. In particular, these calculations can only be made in special circumstances provided that stable measurements are obtained.
Pour surveiller l'ensemble (4) de récupération, on va surveiller la variation du coefficient d'échange thermique en fonction du débit des fumées. La figure 4 représente la courbe théorique de cette variation. Ce mode de surveillance par élaboration d'un point réel puis corrigé puis comparé au point théorique, permet de suivre très facilement l'évolution des encrassements des échangeurs compris dans l'ensemble (4), et donc de détecter toute anomalie, par exemple toute anomalie liée à des problèmes d'encrassement. On peut donc prévoir facilement les dates de ramonage. To monitor the recovery assembly (4), we will monitor the variation in the heat exchange coefficient as a function of the smoke flow. Figure 4 represents the theoretical curve of this variation. This monitoring mode by developing a real point then corrected then compared to the theoretical point, makes it very easy to follow the evolution of fouling of the exchangers included in the assembly (4), and therefore to detect any anomaly, for example any anomaly related to fouling problems. We can therefore easily predict the sweeping dates.
De la même manière, on va surveiller l'ensemble (5) de production auxiliaire de vapeur en surveillant le rendement de la chaudière en fonction du débit vapeur. In the same way, we will monitor the assembly (5) of auxiliary steam production by monitoring the efficiency of the boiler as a function of the steam flow.
En ce qui concerne l'ensemble de production d'énergie, on va surveiller les rechauffeurs auxiliaires en surveillant le débit de vapeur produite en fonction de la puissance du moteur. La correction se fera en fonction de la température de l'eau de mer. With regard to the energy production assembly, we will monitor the auxiliary heaters by monitoring the flow of steam produced as a function of the engine power. The correction will be made according to the sea water temperature.
Mais dans cet ensemble, on va surveiller plus particulièrement l'ensemble de production d'énergie électrique en utilisant l'installation suivante représentée sur la figure 5. But in this assembly, we will more particularly monitor the electrical energy production assembly using the following installation shown in FIG. 5.
On reconnait sur cette figure les mêmes éléments que ceux de la figure 2, à savoir l'ensemble turbo-alternateur (215), la conduite de déversement (216), le condenseur (217) relié au turbo par la conduite (218), et la tubulure (220) assurant la liaison entre le condenseur (217) et la bâche alimentaire (219). La conduite de déversement (216) est munie d'une vanne commandée (240). We recognize in this figure the same elements as those of Figure 2, namely the turbo-alternator assembly (215), the discharge pipe (216), the condenser (217) connected to the turbo by the pipe (218), and the tubing (220) ensuring the connection between the condenser (217) and the food cover (219). The discharge pipe (216) is provided with a controlled valve (240).
En aval du condenseur (217), la tubulure (210) est munie d'un dispositif de mesure (241) permettant la mesure du débit de vapeur.Downstream of the condenser (217), the tubing (210) is provided with a measuring device (241) allowing the measurement of the vapor flow rate.
En fonctionnement normal, c'est-à-dire quand le débit de vapeur dans la conduite de déversement (216) est nul -vanne (240) fermée-, on surveille le turbo-alternateur en mesurant la consommation de vapeur par rapport à la puissance fournie ; la consommation de vapeur étant connue par la mesure de débit sur la tubulure (210). La courbe de surveillance est représentée figure (6) par le repère (242). Cette consommation est notée dO. In normal operation, that is to say when the steam flow rate in the discharge pipe (216) is zero - valve (240) closed -, the turbo-generator is monitored by measuring the steam consumption with respect to the power supplied; the steam consumption being known by measuring the flow rate on the pipe (210). The monitoring curve is represented in figure (6) by the reference (242). This consumption is denoted dO.
Lorsque la vanne de déversement est ouverte, le débit de vapeur dans la tubulure (210) augmente et prend la valeur dl. Pour surveiller le débit de déversement et donc surveiller le fonctionnement du turbo-alternateur, on calcule la différence entre dl et do, dO étant la dernière valeur connue du débit avant le déversement. When the discharge valve is open, the steam flow in the pipe (210) increases and takes the value dl. To monitor the discharge rate and therefore monitor the operation of the turbo-generator, the difference between dl and do is calculated, dO being the last known value of the flow rate before discharge.
Eventuellement, cette valeur dO est corrigée en fonction de la puissance fournie (courbe 242). Optionally, this value dO is corrected as a function of the power supplied (curve 242).
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