LNG運輸船升級智能貨物管理系統(tǒng)可行性分析

周 毅，鄭 坤，孫 冰，周 斌

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津300452)

0 引 言

“海洋石油 301”船是一艘載運 LNG(液化天然氣)的運輸船，航行于無限航區(qū)，目前主要承擔(dān)國內(nèi)大型接收站的二程轉(zhuǎn)運業(yè)務(wù)，載運如表1所示成分的LNG貨物。

表1 液化天然氣主要物理性質(zhì)Tab.1 Table of liquefied natural gas physical properties

LNG貨物裝載在4個C型雙葉(bi-lobe)獨立液貨艙內(nèi)，總?cè)莘e 30850m3，貨物圍護系統(tǒng)設(shè)計溫度為-164℃，液貨艙艙頂設(shè)計壓力為 3.5bar g(IMO)(0.35MPa表壓)，絕熱材料總傳熱系數(shù)0.095W/m2·K，日蒸發(fā) 0.22%，屬 2G 型船。由于“海洋石油 301”貨物的特殊性，貨物系統(tǒng)的實際狀態(tài)無法確認，貨物狀態(tài)變化趨勢無法預(yù)測，在進行貿(mào)易交接時會有爭議存在的情況。

1 智能貨物管理系統(tǒng)要求

智能貨物管理系統(tǒng)將協(xié)助“海洋石油 301”取得中國船級社 CCS的 i-Ship(C)智能符號[1]，通過利用傳感器等感知設(shè)備對貨物、貨艙[2]和貨物保護系統(tǒng)的參數(shù)進行自動采集，并基于計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理和分析，以實現(xiàn)貨艙、貨物和貨物保護系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測、報警、輔助決策和控制，同時還可以基于監(jiān)測和獲得的數(shù)據(jù)，提出貨物優(yōu)化配載方案，以實現(xiàn)LNG貨物的智能管理。

2 智能貨物管理系統(tǒng)管理功能

“海洋石油 301”的智能貨物管理系統(tǒng)能夠根據(jù)LNG的性質(zhì)和狀態(tài)對船上 LNG的狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)測，通過對監(jiān)測的狀態(tài)參數(shù)進行分析和辨識，當(dāng)監(jiān)控數(shù)據(jù)超出設(shè)定預(yù)警值以及出現(xiàn)故障時進行報警，提出自然蒸發(fā)氣(BOG)變化趨勢預(yù)測以及 LNG貨物優(yōu)化配載方案。

2.1 智能貨物管理系統(tǒng)主要監(jiān)測功能

①C型液艙[3]的液位、溫度、氣相壓力；

②貨艙處所(C型液艙與船體結(jié)構(gòu)之間的空間)的可燃氣體含量、溫度、凝露點；

③壓載艙的液位；

④液相管路閥門狀態(tài)；

⑤氣相管路閥門狀態(tài)；

⑥BOG壓縮機工作狀態(tài)；

2.強自主意識，促思想交流互動平臺建設(shè)。將每月20日定為機關(guān)各支部全體黨員讀報分享日，組織開展“月讀報·悅分享”活動。每期安排一名年輕干部主講，對近一月來國際、國內(nèi)涉及的重要政策法規(guī)進行自主學(xué)習(xí)、總結(jié)提煉、拓展延伸，并運用PPT等多媒體呈現(xiàn)，加強干部自主學(xué)習(xí)，提高思辨領(lǐng)悟能力。自開講以來，已連續(xù)舉辦6期，參與人數(shù)達380余人次。

⑦液貨氮氣系統(tǒng)工作狀態(tài)；

⑧貨艙安全(火氣、吹掃、切斷)系統(tǒng)狀態(tài)。

2.2 智能貨物管理系統(tǒng)主要參數(shù)的顯示功能

“海洋石油 301”的智能貨物管理系統(tǒng)，除了對貨物狀態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)測，還能夠提供一段時間趨勢變化的查詢，并提供相關(guān)參數(shù)進行同時段分析比較的作圖功能。

①C型液艙的液位、溫度、氣相壓力；

②貨艙處所(C型液艙與船體結(jié)構(gòu)之間的空間)的可燃氣體含量、溫度、凝露點；

③壓載艙的液位；

④液相管路閥門狀態(tài)；

⑤氣相管路閥門狀態(tài)；

⑥BOG壓縮機工作狀態(tài)；

⑦液貨氮氣系統(tǒng)工作狀態(tài)；

⑧貨艙安全(火氣、吹掃、切斷)系統(tǒng)狀態(tài)。

2.3 智能貨物管理系統(tǒng)主要參數(shù)預(yù)警及輔助決策功能

智能貨物管理系統(tǒng)具有針對以下參數(shù)的變化趨勢設(shè)計的預(yù)警功能：

①C型液艙的液位、溫度、氣相壓力變化趨勢及預(yù)警；

②液艙BOG變化趨勢預(yù)測。

智能貨物管理系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)分析和處理能力，能對探測到的數(shù)據(jù)進行分析，做出相應(yīng)的預(yù)警和報警，并能給出以下輔助決策：

①提出裝卸貨過程中的 BOG控制建議。通過對一定時間范圍內(nèi)貨物狀態(tài)參數(shù)的收集分析，以及BOG消耗設(shè)備的運行情況，給出未來一段時間 BOG變化趨勢的預(yù)測，并提出控制 BOG的合理建議，能夠?qū)⒇浥搩?nèi)的貨物溫度、壓力等控制在一個合理的范圍內(nèi)。

②針對貨物安全相關(guān)的設(shè)備和系統(tǒng)參數(shù)異常時，給出故障位置、可能出現(xiàn)的原因、波及的范圍以及應(yīng)對措施，輔助船員能夠據(jù)此對貨物系統(tǒng)進行及時介入檢查、維修等。例如根據(jù)貨艙處所的氣體溫度和壓力，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，給出其變化的趨勢，并提出建議以便及早發(fā)現(xiàn)類似貨罐破損或貨罐絕緣層失效造成的異常。

③提出貨物配載[4]的優(yōu)化方案及操作流程。綜合考慮各種制約因素進行自動優(yōu)化的配載儀，利用傳感器采集對貨物裝卸有關(guān)的數(shù)據(jù)，經(jīng)計算分析，提供最優(yōu)配載和操作方案。

2.4 智能貨物管理系統(tǒng)管理功能

海洋石油301的智能貨物管理系統(tǒng)，除了對貨物狀態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)測，還能夠提供一段時間趨勢變化的查詢，并提供相關(guān)參數(shù)進行同時段分析比較的作圖功能。

2.5 智能貨物配載系統(tǒng)功能

通過考慮安全、環(huán)保、能效，船舶浮態(tài)、穩(wěn)性、強度，貨艙載貨量、積載因素(液貨液位)、裝卸貨順序和速度以及裝卸時間，壓載水操作，應(yīng)急停止程序，LNG貨物的危害特性，船舶操縱、港口和碼頭，航線、天氣和水文等因素，以及每類貨物的數(shù)量和級別(種類和級別)，密度、溫度和其他有關(guān)性能，制定針對貨物的特別預(yù)防措施。

智能貨物配載系統(tǒng)還要監(jiān)測以及顯示以下參數(shù)：惰性氣體系統(tǒng)、惰性氣體裝置狀態(tài)、遙控閥門狀態(tài)、液貨泵(包括噴淋泵)狀態(tài)、液貨管路(包括噴淋管路)出口處壓力、BOG壓力、壓載水系統(tǒng)狀態(tài)、壓載系統(tǒng)(泵、閥門)狀態(tài)、船舶航速、船舶浮態(tài)、船舶穩(wěn)性、靜水彎矩和靜水剪力。

智能貨物配載系統(tǒng)輔助決策實現(xiàn)方式：配置數(shù)據(jù)分析和處理功能模塊，對探測到的數(shù)據(jù)進行分析，做出相應(yīng)的預(yù)警和報警，并給出相應(yīng)的、合理的輔助決策；通過利用實時采集到的各種數(shù)據(jù)及時準確地給出合理的建議和操作方案。比如：在裝貨和裝載壓載水的時候，系統(tǒng)根據(jù)實時采集到的裝載速率、貨艙液位、貨艙壓力、壓載泵工作狀態(tài)(轉(zhuǎn)速、排量)、壓載艙液位、船舶浮態(tài)和/或船舶結(jié)構(gòu)強度等參數(shù)進行判斷、計算，在貨艙液位達到高位/高高位報警之前，根據(jù)當(dāng)前的裝載速率，在一定時間給出預(yù)警，讓操作者提前做出相應(yīng)的準備，并給出下一步工作狀態(tài)(調(diào)整泵的預(yù)計轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)流量控制遙控閥門的預(yù)計開度等)，在不危害船舶浮態(tài)、穩(wěn)性、結(jié)構(gòu)強度的情況下提供最佳的操作流程，進一步提高工作效率。

3 結(jié) 論

目前國內(nèi) CCS智能船舶規(guī)范[5]中還沒有 LNG運輸船智能貨物管理系統(tǒng)的標準可以借鑒，本文通過對“海洋石油 301”現(xiàn)有的貨物系統(tǒng)進行智能化升級分析獲知；LNG運輸船能對貨物系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行收集并具備實現(xiàn)智能貨物管理的可行性，能夠很好地解決 LNG運輸過程中 BOG預(yù)測和智能配載問題，提高船舶運營的安全性。