客滾船LNG通風(fēng)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)

朱靜波，徐 謙，顧敏敏，李孟麗，沈杰，張慧亮

（招商局郵輪研究院（上海）有限公司，上海 200137）

0 引言

液化天然氣（Liquefied Natural Gas，LNG）通風(fēng)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)是船舶電氣設(shè)計(jì)的重要組成部分。對于集裝箱船和散貨船，LNG通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括啟動箱和全船自動化監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)難度不高。對于客滾船，不同船型、不同通風(fēng)配制要求所需電氣設(shè)計(jì)方案不同，設(shè)計(jì)需滿足 LNG相關(guān)規(guī)范和風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告的要求。本文基于某客滾船，對LNG通風(fēng)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，并給出相應(yīng)的解決方案。

1 LNG通風(fēng)系統(tǒng)的組成

該客滾船LNG通風(fēng)系統(tǒng)包括雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)和連接處（Tank Connection Space，TCS）通風(fēng)系統(tǒng)，其中：雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)配備有2套（1套備用）；TCS通風(fēng)系統(tǒng)由2臺通風(fēng)機(jī)組成，每臺提供50%的風(fēng)量。LNG通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)分布圖見圖1。

圖1 LNG通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)分布圖

2 設(shè)計(jì)要求和解決方案

在進(jìn)行LNG通風(fēng)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)前，需清楚理解相關(guān)規(guī)范和風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告的要求，并制定相應(yīng)解決方案。

要求1：在重要元器件或通風(fēng)供電系統(tǒng)故障后，雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)和 TCS通風(fēng)系統(tǒng)可用風(fēng)量的減少不得超過50%。

方案1：為滿足此要求，在客滾船上設(shè)置2套獨(dú)立的配電板，即使 LNG通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)控制中心（Ventilation Motor Control Center，VMCC）出現(xiàn)單點(diǎn)故障，仍可保證50%的可用風(fēng)量。為節(jié)省成本，LNG通風(fēng)系統(tǒng)通常只安裝 1個可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller，PLC）模塊，在該模塊損壞時，為保證通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)時需在VMCC箱體上增加啟?？刂瓢粹o。

要求2：雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)和TCS通風(fēng)系統(tǒng)需保證30次/時的換風(fēng)量。

方案 2：由于雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量較小，故配制2臺100%容量的通風(fēng)機(jī)以滿足換風(fēng)量的要求。由于TCS通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量較大，為節(jié)約成本，配制2臺50%容量的通風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)30次/時換風(fēng)量的要求，2臺通風(fēng)機(jī)均采用變頻控制。若TCS系統(tǒng)的氣體探測裝置未發(fā)出報(bào)警信號，則只需開啟1臺通風(fēng)機(jī)，維持8次/時的換風(fēng)量；若TCS系統(tǒng)的氣體探測裝置發(fā)出報(bào)警信號，則2臺通風(fēng)機(jī)需同時打開以保證30次/時的換風(fēng)量。該方案可有效節(jié)約通風(fēng)機(jī)的能耗，減少運(yùn)行時間，延長通風(fēng)機(jī)的保養(yǎng)周期，目前已得到船級社的認(rèn)可。

要求3：若雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)和TCS通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)能力低于要求，則需及時發(fā)出報(bào)警信號。由于通風(fēng)機(jī)本身發(fā)出的運(yùn)行信號不足以驗(yàn)證其通風(fēng)能力，即風(fēng)機(jī)運(yùn)行不等于有足夠的通風(fēng)量，故需要借助流量/壓力監(jiān)測器來驗(yàn)證系統(tǒng)的通風(fēng)能力。

方案3：雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)和TCS通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)管上均裝有流量開關(guān)，實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的通風(fēng)能力，在通風(fēng)能力低于要求時會發(fā)出報(bào)警信號。在主機(jī)、發(fā)電機(jī)和鍋爐的燃?xì)忾y出口分別安裝2個流量開關(guān)，以滿足安全性及冗余性的要求。

要求 4：客滾船的安全臺需考慮集中控制全船所有通風(fēng)閘和防火閘。

方案4：由于LNG通風(fēng)系統(tǒng)為獨(dú)立系統(tǒng)，與其他通風(fēng)系統(tǒng)之間沒有接口，為滿足要求，將 LNG通風(fēng)工作站單獨(dú)設(shè)立于駕駛室的安全臺，對 LNG的通風(fēng)情況進(jìn)行集中監(jiān)控和控制。LNG通風(fēng)工作站與船舶自動化系統(tǒng)間設(shè)有通信接口，當(dāng)通風(fēng)工作站失效時，可通過船舶自動化系統(tǒng)對LNG通風(fēng)情況進(jìn)行控制。

3 LNG通風(fēng)系統(tǒng)的控制原理

3.1 TCS通風(fēng)系統(tǒng)的控制原理

當(dāng)TCS通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，氣體探測裝置不會發(fā)出報(bào)警信號，此時僅有1臺通風(fēng)機(jī)低速運(yùn)行，維持8次/時的換風(fēng)量。流量開關(guān)在監(jiān)測到通風(fēng)能力低于要求時，會向全船自動化報(bào)警系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號。隨后另一臺通風(fēng)機(jī)將自動啟動，20 s后流量開關(guān)若仍發(fā)出報(bào)警信號或通風(fēng)機(jī)沒有正常運(yùn)行，則將報(bào)警信號發(fā)送至LNG供氣系統(tǒng)。

若TCS系統(tǒng)的氣體探測裝置發(fā)出報(bào)警信號，則2臺通風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行，20 s后若流量開關(guān)發(fā)出報(bào)警信號或通風(fēng)機(jī)未能正常運(yùn)行，則將報(bào)警信號發(fā)送至全船自動化報(bào)警系統(tǒng)和LNG供氣系統(tǒng)。

3.2 雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)的控制原理

LNG通風(fēng)系統(tǒng)的VMCC接口設(shè)置需考慮周全，接口設(shè)置情況見圖2。

圖2 LNG通風(fēng)系統(tǒng)的VMCC接口設(shè)置情況

主機(jī)、發(fā)電機(jī)和鍋爐的燃?xì)忾y出口分別安裝有2個流量開關(guān)，當(dāng)任意一個流量開關(guān)監(jiān)測到流量小于設(shè)定值時，會將報(bào)警信號發(fā)送至綜合自動化系統(tǒng)（Intergrated Automation System，IAS），備用系統(tǒng)將自動啟動，20 s后若流量開關(guān)仍發(fā)出報(bào)警信號或通風(fēng)機(jī)沒有正常運(yùn)行，則將報(bào)警信號發(fā)送至 LNG供氣系統(tǒng)。

值得注意的是，由于鍋爐的雙壁管通風(fēng)設(shè)備為廠家自帶，故存在接口問題。在鍋爐雙壁管通風(fēng)運(yùn)行信號、廠家自帶的壓力開關(guān)信號以及流量開關(guān)信號中任意一個激活時，需將報(bào)警信號發(fā)送至 LNG供氣系統(tǒng)，對LNG供應(yīng)進(jìn)行應(yīng)急切斷。

4 結(jié)論

本文基于某客滾船，對LNG通風(fēng)系統(tǒng)的組成進(jìn)行了介紹，詳細(xì)分析了相關(guān)規(guī)范和風(fēng)險(xiǎn)評估報(bào)告的要求，并制定相應(yīng)的解決方案，最后對TCS通風(fēng)系統(tǒng)和雙壁管通風(fēng)系統(tǒng)的控制原理進(jìn)行了闡述和分析。研究成果可為客滾船 LNG通風(fēng)系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)提供一定參考。