WO1988001015A1 - Procede de surveillance de la propulsion et de la production d'energie d'un navire - Google Patents
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- WO1988001015A1 WO1988001015A1 PCT/FR1987/000295 FR8700295W WO8801015A1 WO 1988001015 A1 WO1988001015 A1 WO 1988001015A1 FR 8700295 W FR8700295 W FR 8700295W WO 8801015 A1 WO8801015 A1 WO 8801015A1
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Definitions
- the present invention relates to a method for monitoring the propulsion installation and energy production of a mechanically propelled ship. 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.
- it is a service that requires an enormous amount of time from the competent personnel, all the more so as the technicality of the vessels increases.
- 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 installation according to the invention must mainly perform the following functions:
- a process for monitoring the propulsion installation and energy production of a mechanically propelled ship 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 can be represented by the same quantity and in that, for each group, it is acquired in time real 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 existing between this last quantity and a standard quantity, according to this difference we act on group management variables to make said deviation less than a predetermined value.
- the installation that we want to control comprises: - a propulsion group essentially consisting of at least one diesel propulsion engine, supplied with fuel and air, the air supply possibly done via a turbo-compressor,
- a recovery group consisting essentially of a boiler for recovering calories from the exhaust gases from the engine, said boiler producing steam,
- an auxiliary group comprising at least one auxiliary boiler allowing the accumulation of the steam produced by the recovery group and its evacuation or the production and evacuation of the vapors; - an energy production group, powered by steam from the auxiliary group and comprising at least one turbo-alternator for the production of electrical energy and at least one heat exchanger, the steam outputs of which are connected to the recovery group.
- the method 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 deviation less than a predetermined value.
- FIG. 1 schematically represents the principle of the installation for producing energy from an oil tanker
- FIG. 2 represents the grouping according to the invention of the means represented in FIG. 1,
- FIG. 3 represents the consumption curve of the propulsion unit
- FIG. 4 represents the variation of the heat exchange coefficient in the recovery assembly
- FIG. 5 represents a part of the energy production group
- 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).
- the cover (5) also supplies an energy production group (7) constituted by a set of reheaters which allows the reheating necessary for the main engine (8) the reheating (9) necessary for the auxiliary boiler (6) reheating ( 10) domestic installations and heating of the cargo (11).
- 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.
- the first group (100) that 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.
- 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 manifold (106) and its exhaust gas discharge manifold (202) is connected to the economizer (201).
- the boiler (4) and the economizer (201) each have a steam outlet pipe (206) and (207) which opens into the tank (5).
- 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 supplying fuel.
- the power generation group 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.
- the heating assemblies for the main engine for heating the auxiliary boiler and for heating domestic hot water for the hotel are represented by the reference (220). They are located in parallel with the cargo warming assembly (11).
- the cargo pump control assembly (12) is supplied with steam via the pipe (210) and opens into the tank (219) through the pipe (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).
- the turbo-generator 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 noted d0.
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Abstract
Procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique selon lequel les divers éléments de l'installation sont fictivement regroupés dans des groupes pouvant chacun être commandé par un seul paramètre.
Description
Procédé de surveillance de la propulsion et de la production d'énergie d'un navire
La présente invention concerne un procédé de surveillance de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique. 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.
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 chaîne énergétique du navire,
- la comparaison de ces performances à des standards.
- l'élaboration de diagnostics automatiques et de guide opérateur.
- la mise en mémoire de l'information acquise pour archivage et traitements ultérieurs. 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.
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 diesel 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. 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.
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. 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 diesel (1) alimenté en fuel (3) pour l'entraînement 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 de vapeur. Cette vapeur est stockée dans une bâche (5) qui peut aussi être alimentée par
une chaudière auxiliaire (6). La bâche (5) alimente aussi un groupe de production d'énergie (7) constitué par un ensemble de rêchauffeurs 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 réchauffage de la cargaison (11).
La bâche vapeur alimente aussi des turbines (12) pour l'entraînement de pompes (13) ainsi que des treuils (14) et un turbo-alternateur (15) pour la production d'électricité.
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.
Le premier groupe (100) que l'on peut appeler groupe de propulsion, regroupe le moteur diesel (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.
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 (201) comportent chacun une tubulure (206) et (207) de sortie vapeur qui débouche dans la bâche (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.
Elle comporte une tubulure (210) d'évacuation de la vapeur vers le module de production d'énergie (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. Les ensembles de réchauffage du moteur principal de réchauffage 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 darïs la bâche alimentaire (219) par 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).
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).
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).
Chacun des groupes, ou modules, ainsi représentés est surveillé par un seul paramètre de la façon qui va être explicitée ci-dessous.
Pour contrôler le groupe de propulsion, on va surveiller sa consommation en fonction de sa puissance. 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. 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..
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.
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.
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.
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. En ce qui concerne l'ensemble de production d'énergie, on va surveiller les réchauffeurs 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.
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.
On reconnaît 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). En aval du condenseur (217), la tubulure (210) est munie d'un dispositif de mesure (241) permettant la mesure du débit de vapeur.
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 d0.
Lorsque la vanne de déversement est ouverte, le débit de vapeur dans la tubulure (210) augmente et prend la
valeur d1. Pour surveiller le débit de déversement et donc surveiller le fonctionnement du turbo-alternateur, on calcule la différence entre d1 et d0, d0 étant la dernière valeur connue du débit avant le déversement. Eventuellement, cette valeur d0 est corrigée en fonction de la puissance fournie (courbe 242).
Claims
REVENDICATIONS
1 - 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'une source 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 les variables de conduite du groupe pour rendre ledit écart inférieur à une valeur prédéterminée.
2 - Procédé de surveillance et de commande de l'installation de propulsion et de production d'énergie d'un navire à propulsion mécanique, ladite installation comprenant : - un groupe de propulsion constitué essentiellement par au moins un moteur diesel de propulsion, alimenté en fuel et en air, l'alimentation en air se faisant 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 du moteur, ladite chaudière produisant de la vapeur,
- un groupe auxiliaire comprenant au moins une chaudière auxiliaire permettant le stockage 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, évacué par ledit 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 sont reliées au groupe, 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 de 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. - Procédé de surveillance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre représentatif du fonctionnement du groupe de propulsion est constitué par la consommation en fonction de la puissance. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre permettant la surveillance du groupe de récupération est constituée par la variation du coefficient d'échange thermique en fonction du débit des fumées. - Procédé de surveillance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre permettant la surveillance de l'ensemble de production auxiliaire est constitué par le rendement de la chaudière en fonction du débit vapeur. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le paramètre représentatif du fonctionnement de l'ensemble de production d'énergie est constitué par la variation du débit de vapeur produite en fonction de la puissance du moteur.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITMI20090039A1 (it) * | 2009-01-19 | 2010-07-20 | Franco Finocchiaro | Procedimento e sistema per la generazione di energia utilizzante sorgenti di calore liquide e o gassose a bordo di unita navali |
| WO2010082228A3 (fr) * | 2009-01-19 | 2012-07-19 | Franco Finocchiaro | Procédé et système pour production d'énergie au moyen de sources de chaleur gazeuses et/ou liquides à bord de navires |
| EP2681106A1 (fr) * | 2011-03-03 | 2014-01-08 | Ulmatec Pyro AS | Procédé et système pour une utilisation optimale de l'énergie thermique produite dans un système thermique à bord d'une unité marine |
| EP2681106A4 (fr) * | 2011-03-03 | 2015-04-01 | Ulmatec Pyro As | Procédé et système pour une utilisation optimale de l'énergie thermique produite dans un système thermique à bord d'une unité marine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2602350A1 (fr) | 1988-02-05 |
| FR2602350B1 (fr) | 1988-09-30 |
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