LNG動(dòng)力船供氣系統(tǒng)調(diào)試方案研究

潘兵兵 馬軍偉 饒建榮 陳健

摘 ? ?要：將液化天然氣（LNG）作為船舶燃料，可以達(dá)到節(jié)省燃油和降低排放污染物的雙重目的。本文通過對(duì)雙燃料支線集裝箱船LNG供氣系統(tǒng)的調(diào)試實(shí)踐，摸索出一套LNG供氣系統(tǒng)安全、高效的調(diào)試方案。

關(guān)鍵詞：雙燃料集裝箱船;LNG供氣系統(tǒng);調(diào)試

中圖分類號(hào)：U677.6 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： The liquefied natural gas （LNG） is used as the ship fuel can achieve the dual purpose of saving fuel oil and reducing emissions of pollutants. In this paper， a safe and efficient commissioning scheme of the LNG supply system is proposed through the practice of the commissioning process of the LNG supply system for dual-fuel feeder container ships.

Key words： Dual-fuel container ship; LNG supply system; Commissioning

1 ? ? 前言

我司為NODIC建造的首批四艘LNG雙燃料動(dòng)力船于2019年11月15日交付完畢。LNG供氣系統(tǒng)包含多個(gè)子系統(tǒng)：水乙二醇系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、氮?dú)庀到y(tǒng)、燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)、BOG壓縮系統(tǒng)、氧氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、氣體探測(cè)系統(tǒng)等。子系統(tǒng)越多各類型的傳感器也越多，包括：流量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、壓力開關(guān)、液位開關(guān)等;還有各種管路附件、液壓快關(guān)閥、液壓比例閥、氣動(dòng)快關(guān)閥、氣動(dòng)比例閥、氣動(dòng)三通閥等;以及各種類型的按鈕、指示燈、氣體探測(cè)探頭等。

如何安全、高效、快速地開展LNG供氣系統(tǒng)的調(diào)試工作，直接影響LNG燃料船的碼頭周期。我司經(jīng)過四艘系列LNG燃料船的調(diào)試摸索，其調(diào)試周期已接近常規(guī)船舶的調(diào)試周期。下面就雙燃料船的LNG供氣系統(tǒng)調(diào)試過程進(jìn)行分析研究。

2 ? ?調(diào)試前的準(zhǔn)備工作

LNG供氣系統(tǒng)調(diào)試前需要消化的技術(shù)資料很多，包括系統(tǒng)圖、原理圖的前期消化;LNG供氣系統(tǒng)專用調(diào)試工裝、工具的準(zhǔn)備;LNG供氣系統(tǒng)調(diào)試流程圖的研討等。其關(guān)鍵是如何快速鑒別及判斷分散在LNG供氣系統(tǒng)各處的參數(shù)點(diǎn)。為此，前期準(zhǔn)備工作應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖、廠家原理圖、設(shè)備安裝圖等，結(jié)合調(diào)試流程圖整理出一套適合調(diào)試查詢的表格。

2.1 ?調(diào)試完整性附件清單

根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供的零件托盤表或系統(tǒng)供應(yīng)商提供的設(shè)備清單表，編制調(diào)試前附件檢查完整性清單，用于指導(dǎo)施工者完成LNG供氣系統(tǒng)各設(shè)備及附件的安裝。通常，供氣系統(tǒng)數(shù)百個(gè)設(shè)備和附件均有統(tǒng)一編制的唯一性編碼，根據(jù)編碼可以方便地在清單里找到它屬于哪個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)該系統(tǒng)的PID圖就可以查詢到該設(shè)備編號(hào)在系統(tǒng)的什么位置、有什么作用等。

2.2 ?調(diào)試模塊點(diǎn)圖

根據(jù)廠家資料編制調(diào)試模塊點(diǎn)圖，用于各傳感器通道的核對(duì)和檢查。由于有多種類型的傳感器，難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，如果逐一去檢查工作量太大，而使用模塊點(diǎn)圖可以快速查詢到錯(cuò)誤點(diǎn)。模塊點(diǎn)圖中清楚列出了唯一編號(hào)的傳感器所在的模塊通道、傳感器類型、端子、端子號(hào)以及備注的說明情況。將所有的輸入、輸出信號(hào)全部制作成模塊點(diǎn)圖，貼在模塊旁以便于檢查傳感器的狀態(tài)，可以快速查詢到故障點(diǎn)，提高勞動(dòng)效率，大大節(jié)約調(diào)試時(shí)間。

2.3 ?混合數(shù)據(jù)快速查詢表

調(diào)試工作由模塊監(jiān)控到電腦監(jiān)控，在電腦監(jiān)控過程中若發(fā)現(xiàn)某個(gè)傳感器存在故障，按照傳統(tǒng)的方法是先去查詢圖紙，查出該傳感器所在的系統(tǒng)在那個(gè)模塊，然后才能找到接線通道在哪里;而使用混合數(shù)據(jù)快速查詢表（見表1），則可以根據(jù)唯一編號(hào)從混合數(shù)據(jù)快速查詢表快速查到該傳感器所在的通道、傳感器類型、端子號(hào)、以及備注里面說明的接線方式，大大節(jié)省了調(diào)試時(shí)間和提高了勞動(dòng)效率。

2.4 ? 其他準(zhǔn)備

主要是設(shè)計(jì)提供的外接線圖、廠家資料圖，以及自主準(zhǔn)備的常規(guī)調(diào)試工具和其他專用調(diào)試工具。

3 ? ? 調(diào)試流程

3.1 ? 封艙封罐

（1）LNG儲(chǔ)罐封艙需要經(jīng)專業(yè)的檢測(cè)公司檢測(cè)合格后才可以封艙，一旦封艙后沒有重大情況是不會(huì)打開的;

（2）封艙前有一些設(shè)置在罐艙內(nèi)的傳感器，必須根據(jù)儲(chǔ)罐PID圖提前進(jìn)行檢查，然后再安裝;

（3）溫度傳感器為PT100類型，依據(jù)PT100阻值對(duì)照表查詢當(dāng)前溫度，或者直接接入綜合校驗(yàn)儀查看當(dāng)前溫度，判斷傳感器是否正常;使用迅速降溫劑對(duì)傳感器進(jìn)行降溫，使用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)溫與綜合校驗(yàn)儀數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，判斷傳感器是否正常;

（4）傳感器正常后再將傳感器安裝在儲(chǔ)罐內(nèi)，最后用綜合校驗(yàn)儀監(jiān)測(cè)溫度傳感器是否正常;

（5）雷達(dá)液位傳感器安裝在波導(dǎo)管里面，在車間無法校驗(yàn)，需安裝上船后才能進(jìn)行調(diào)試和設(shè)置;由綜合校驗(yàn)儀提供DC24V測(cè)量回路電流，判斷雷達(dá)式液位傳感器是否正常。

3.2 ? 安全系統(tǒng)的調(diào)試

安全系統(tǒng)決定著整個(gè)系統(tǒng)是否能正常運(yùn)行，如果安全系統(tǒng)不正常則整個(gè)系統(tǒng)無法正常使用。

（1）首先，安全系統(tǒng)需要完善的是緊急停止（ESD）系統(tǒng)。操作間急停按鈕、加氣站急停按鈕、左右舷加氣站各有一個(gè)快速接口，是一個(gè)總的ESD。上述任何一個(gè)ESD都會(huì)激活總的ESD，然后由總的ESD去執(zhí)行和激活其他連鎖功能;

（2）其次，需要完善的是火警易熔塞系統(tǒng)。易熔塞的作用原理是在壓縮空氣的終端接一個(gè)易熔塞，易熔塞內(nèi)部裝錫，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)易熔塞里面的錫會(huì)燒融，然后管路后面接有一個(gè)帶顯示的壓力開關(guān)來觸發(fā)火警;

（3）另外，安全系統(tǒng)還要完善的是液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的壓力低報(bào)警也會(huì)激活ESD;

（4）最后，需要完善的是氣體探測(cè)系統(tǒng)。氣體探測(cè)關(guān)系著閥門是否可以操作、電機(jī)能否運(yùn)轉(zhuǎn)等。氣體探測(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)附近NG氣體濃度，設(shè)置兩級(jí)報(bào)警（20%/30%高濃度報(bào)警、40%/60%高高濃度報(bào)警）。一部分氣體探測(cè)報(bào)警輸出給供氣系統(tǒng)，一部分給AMS用于供氣邏輯的控制。

3.3 ?閥門的調(diào)試

首先要確認(rèn)ESD正常，相應(yīng)的電磁閥得電打開，然后單獨(dú)操作每個(gè)閥的電磁閥，在本地閥頭的快速接頭接上測(cè)壓軟管;緩慢打開進(jìn)油閥，將管路的氣體全部排出;拆掉測(cè)壓軟管，將進(jìn)油閥全部打開，確認(rèn)模塊是否有反饋信號(hào)，若無信號(hào)則打開閥頭蓋子對(duì)限位進(jìn)行調(diào)整。

3.4 ?溫度、壓力、液位傳感器的調(diào)試

針對(duì)眾多的溫度、壓力、液位傳感器，在安裝接線結(jié)束后采用地毯式的調(diào)試方法，逐一調(diào)試，針對(duì)各種傳感器進(jìn)行通道的一一對(duì)應(yīng)和數(shù)值檢測(cè)。

3.5 ?各類按鈕和指示燈的調(diào)試

按鈕主要有：位置選擇按鈕、啟動(dòng)停止按鈕、復(fù)位按鈕、關(guān)閉按鈕、停止按鈕、請(qǐng)求按鈕，以及加注的位置指示燈、請(qǐng)求指示、閥門狀態(tài)指示、運(yùn)行指示等。

4 ? ?系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試

4.1 ?水乙二醇系統(tǒng)調(diào)試

見圖1。

（1）水和乙二醇按照1：1的比例加入到WG平衡罐，通過干燥空氣給系統(tǒng)進(jìn)行增壓，啟動(dòng)水乙二醇循環(huán)泵，在系統(tǒng)最高處將系統(tǒng)內(nèi)空氣排出;

（2）通過對(duì)流量閥的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)各處所需要的流量達(dá)到設(shè)計(jì)要求;

（3）WG系統(tǒng)溫度的自動(dòng)控制，是通過36 ℃中冷水的蒸汽加熱保證系統(tǒng)冷熱交換平衡。當(dāng)WG系統(tǒng)的溫度低于32 ℃時(shí)，蒸汽加熱自動(dòng)啟動(dòng)對(duì)系統(tǒng)加熱;當(dāng)WG系統(tǒng)的溫度高于36 ℃時(shí)，通過36 ℃中冷水進(jìn)行降溫，維持系統(tǒng)的冷熱平衡。

4.2 ? BOG壓縮系統(tǒng)調(diào)試

見圖2。

（1）BOG壓縮機(jī)運(yùn)行前，必須先啟動(dòng)滑油泵，以保證壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn);如果需要兩臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)運(yùn)行，則需要啟動(dòng)兩臺(tái)滑油泵保證滑油供給量，以滿足壓縮機(jī)的使用要求;

（2）三通閥可以根據(jù)檢測(cè)到的滑油溫度來控制閥的開度大小，維持滑油溫度始終在50 ?℃左右;另一個(gè)三通閥則是控制滑油在管路的方向。當(dāng)BOG壓縮機(jī)未運(yùn)行時(shí)滑油處于內(nèi)循環(huán)的狀態(tài)，壓縮機(jī)運(yùn)行后滑油方向改變進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑，保證其運(yùn)行平穩(wěn);

（3）氣動(dòng)閥則是根據(jù)壓縮機(jī)的負(fù)荷自動(dòng)調(diào)整開度，保證壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)供氣壓力維持在2 bar;

（4）壓縮后的NG和油的混合體，進(jìn)入油氣分離罐進(jìn)行油氣分離;進(jìn)入油氣過濾器進(jìn)行油分離;冷卻后再次進(jìn)入油氣過濾器進(jìn)行油分離;最后進(jìn)入緩沖罐。

（5）如使用手動(dòng)模式，首先將模式選擇為手動(dòng)模式，然后確認(rèn)BOG壓縮機(jī)啟動(dòng)所需要的連鎖前置條件是否滿足，確認(rèn)完畢后，點(diǎn)擊手動(dòng)流程下的啟動(dòng)，進(jìn)油閥和進(jìn)NG閥自動(dòng)打開，BOG馬達(dá)啟動(dòng)。由于是手動(dòng)啟動(dòng)，負(fù)荷控制需要手動(dòng)調(diào)整。

（6）如使用自動(dòng)模式，需確認(rèn)系統(tǒng)是否都處于自動(dòng)狀態(tài)（液壓閥和氣動(dòng)閥是否處于自動(dòng)模式等），或者確認(rèn)壓縮機(jī)啟動(dòng)前的前置條件是否滿足。

（7）確認(rèn)完畢后，點(diǎn)擊右下角開始供氣的按鈕，等待內(nèi)置的程序走完就可以了。

5 ? ?報(bào)驗(yàn)工作

最后進(jìn)行的聯(lián)合控制調(diào)試，模擬各種類型報(bào)警、確認(rèn)系統(tǒng)各項(xiàng)連鎖功能是否正常。

（1）報(bào)警分為兩種級(jí)別：一種是警告;另一種是報(bào)警。警告是低程度的，往往只做報(bào)警指示;報(bào)警是高程度的，往往發(fā)生實(shí)際連鎖動(dòng)作，比如關(guān)閥、停泵之類的動(dòng)作;

（2）測(cè)試傳感器設(shè)定警告值，逐一檢查各傳感器的警告值設(shè)定是否精準(zhǔn);

（3）根據(jù)連鎖圖測(cè)試各報(bào)警值設(shè)定，驗(yàn)證傳感器設(shè)定的報(bào)警值和系統(tǒng)運(yùn)行的安保值。

當(dāng)系統(tǒng)工作全面完成后，對(duì)每個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試報(bào)驗(yàn)：

（1）首先是船檢最關(guān)心的關(guān)于ESD連鎖功能的測(cè)試。ESD激活后，每個(gè)儲(chǔ)罐出口的閥門和加氣站進(jìn)出口的閥門會(huì)自動(dòng)關(guān)閉;罐頭滴水盤的加熱和油管路的伴熱會(huì)關(guān)閉;潛液泵、油泵BOG壓縮機(jī)會(huì)停掉和鎖定;輸出給AMS一個(gè)ESD信號(hào)，一個(gè)系統(tǒng)故障信號(hào);

（2）其次，是各個(gè)溫度、壓力、液位開關(guān)設(shè)置的報(bào)警引起的相關(guān)連鎖。在系統(tǒng)完成后通道一一對(duì)應(yīng)全部完成，使用模擬器對(duì)各個(gè)傳感器開始進(jìn)行模擬，查看相應(yīng)的功能是否正常。

（3）最后，就是海上航行試驗(yàn)，檢驗(yàn)系統(tǒng)的耐久性。

6 ? ?總結(jié)

LNG供氣系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，如何能安全、快速和高效的完成設(shè)備及系統(tǒng)的調(diào)試，是設(shè)備調(diào)試技術(shù)人員不斷追求的目標(biāo)。本文對(duì)LNG供氣系統(tǒng)的調(diào)試方法、調(diào)試流程進(jìn)行了研究，有助于今后LNG供氣系統(tǒng)調(diào)試向規(guī)范化發(fā)展，也能給其他復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)試工作提供一定的啟發(fā)。

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