阿芙拉型油船货油泵自动化系统研究

严 昆

(上海海事大学 经济管理学院，上海 201306)

0 引言

货油泵作为油船驳运关键设备之一，是将船舱内的油品经过管路输送到对方码头终端或船舶的动力装置。近年来,随着10万载重吨及以上的油船建造订单的增加，蒸汽透平式货油泵(简称“货油泵”)由于成本和布置等方面优势得到广泛应用。但是，由于自动化系统界面复杂，牵涉到船舶轮机原理、控制位置和功能连锁、报警采样和监测、规范和相关石油组织要求等方面，横跨轮机和电气专业，让船厂专业技术人员很难全面理解。针对这一问题，本文结合江苏某船厂建造的109 999 t阿芙拉型(Aframax,定义为8万～12万载重吨) 油船实例，基于保证货油泵有效安全工作的原则，从其控制、报警监测和安全等方面对其自动化系统进行研究。

1 货油泵的控制

1.1 控制位置

阿芙拉型油船常有3种油品同时操作装卸。考虑到原油产地不同以及避免单泵过大造成的不利，该船型通常配置3～4台货油泵，数量视船东意见而定[1]。从经济和可靠性角度考虑，本项目与船东协商选用SHINKO厂家3台3 000 m3/h货油泵。3台货油泵可以单独控制，也可以3台一起联动通过加大驳运流量以此来节省时间。一般情况下，油船上的货油泵只用于卸货工况，而装货动力源来于岸上或其他船舶。除了3台大货油泵外，还有1台用于扫舱的货油扫舱泵。由于此泵排量不到货油泵的10%，无需经透平而直接由蒸汽来驱动。

货油泵的透平机构位于机舱(安全区域)，泵的转动机构与危险源接触，安装于独立的泵舱(危险区域)。货油泵的控制分为就地和遥控：就地位于机舱四平台的透平侧；考虑到卸货时要参考各种相关数据及其他系统的操作同步性(如调船压载)，将货控室作为遥控位置对货油泵进行操作。货控室是位于上层建筑的第二层A甲板且朝向货舱侧的一个封闭处所，配有1个1 600 mm×800 mm大窗户，以便观看货舱甲板面的情况。扫舱泵位于泵舱，使用频率不高，只需在货控室内进行遥控操作。

1.2 控制流程

货油泵启动流程：在锅炉蒸汽、真空冷凝海水泵、惰气保护装置、可燃气体探测等相关设备正常运行情况下，透平开始备机→透平辅助滑油泵启动→货油泵运行→集管上压力→货油泵调速。

在货控室通过观察货舱液位和舱内惰气压力，在向外驳油时需要船员在货控室对货油泵进行调速。不同货油泵厂家的调速器配置不同，大部分调速器在50%～100%区间内对泵流速进行手柄调节。货油扫舱泵的流量小，只需启动和停止操作。

1.3 真空自动卸货系统

卸货中后期阶段由于货舱的油位降低，舱内积累很多油气，不便于货油泵吸油，需要真空自动卸货系统(AUS)和货油泵配合，提高货油泵自吸能力，尽可能地将舱内货品抽净。当液位降到50%以下时，通过分离罐上液位信号的反馈，液压控制回路中的电机开始工作[2]，油气经真空泵单元分离后，气体进入污油舱，液油进入泄放柜。

AUS系统配有电动真空泵组。该泵组的电动机放置在机舱，真空泵设置在泵舱。AUS系统的真空泵用于操作的配套阀组、模式选择开关等，均可从货控室实现远程遥控。

1.4 手动应急停止

货油泵属于油类运输工具，当出现应急情况需要强行中止运行。在机舱蒸汽透平侧(除扫舱泵)、泵舱区域、货控室和船舯的集管区域等配有手动应急停止按钮，其中泵舱和集管区域为危险区域，应停按钮为防爆型。

在项目进程中，船东曾提出需满足OCIMF(石油公司国际海事论坛)对油船集管区域的推荐规范(2017版)，此规范的第10节提出推荐配备货油的通岸应停系统(ESD)。目前此项技术常在LNG等液化气船上应用；油船上由于厂家技术方案不太成熟且价格昂贵，与船东协商后此项目未采用。但考虑OCIMF作为油船建造重要规范，后期新造船项目应给予考虑。OCIMF 2017通常应停要求见图1。

图1 OCIMF 对油船集管区域推荐规范(2017版)的通岸应停要求

2 货油泵报警监测和安全系统

由于货油泵为油船重要设备之一，其安全运行对整个货物运输至关重要，因而需配备报警监测和安全系统。就地监测设置在透平侧和泵舱内的货油泵侧，遥控监测设置在集控室、货控室和船舶报警监测系统；安全系统则利用于内外部的自动停车保护功能。

2.1 透平报警监测

货油泵由透平驱动，主要监测透平转速、润滑机构的油温和油液位等。透平附近还有一个真空冷凝器，用于透平的废气冷凝。冷凝器上配有的浮子、压力开关用于监测冷凝水状况。透平废气阀侧出口装有限位开关，用于货油泵的启动连锁，确保泵启动时废气阀出口处于打开位置。

2.2 泵舱报警监测

每个货油泵主要配备如下监测：泵壳温度传感器、轴承温度传感器、泵振动传感器、泵机械密封液位开关、泵的吸口和泄放压力传感器，以及和安全区域机舱接触的填料函盒温度监测等，以上都可到货控室内进行仪表指示。由于泵舱是1类危险区域，其监测设备需要防爆型，厂家配备传感器为低能量型简单设备，在机舱安全区域内需要有本质安全隔离栅，传感器到隔离栅其间电缆需单独敷设，实现本质安全电路。 同时依据ABS 2017版规范要求，在货油泵舱内还配套泵机械密封泄漏的声光报警装置(防爆型)，目的是当泄漏发生时及时提醒泵舱里船员迅速做出反应。货油泵组监测图见图2。

图2 泵舱货油泵组监测图

2.3 遥控监测

集控室主要监测货油泵的运行状态、透平转速、公共报警和脱扣报警等。

全面核心的监测位于货控室内，覆盖所有监测点。从油船公司操作习惯上，蒸汽透平类货油泵没有采用电脑MIMIC软件化的形式，而是一个个单独仪表和报警指示灯分布在货控台上，数量众多但却很直观，方便船员监测货油泵各项工作情况。同时在货控室还有其他相关货物监测设备(如惰气、货物阀门遥控、压载水处理、可燃气体探测等)和船内外通信工具，可以在操作过程中让船员迅速发现并处理潜在的危险源。

由于船员不是一直在集控室和货控室内值班，为确保货油泵在运转前所有故障问题得到解决，需要对泵的一些重要点保持连续监测，如：货油泵的轴和壳体温度，货油泵控制部分电源，防爆隔离栅运转等。将这些监测点以单点或公共故障点的形式延伸至船舶报警监测系统，以便值班人员发现故障并及时处理。

2.4 安全自动停车

在现今自动化程度越来越高和船员越来越少情况下，货油泵作为重要设备，除了应急工况下手动停止外，还应有自动停车功能。其作用为：一方面可自动处理潜在外部危险，如惰性气体低压和泵舱可燃气体浓度高；另一方面可用于保护泵自身，即不要让泵在超工况下运行。如下为必配自动停车点，经货油泵组合控制板来切断其电磁阀工作，进而使动力源的透平停止转动：

①透平超速；

②透平废气背压高；

③透平转子振动高；

④货油泵出口压力高；

⑤货油泵壳高温；

⑥货油泵轴承高温(上下端)；

⑦填料函箱高温；

⑧惰性气体低压；

⑨泵舱可燃气体浓度高。

货油泵报警监测和安全系统网络图见图3。

图3 货油泵报警监测和安全系统网络图

3 结语

油船的货油驳运工作需要一个高效安全的自动化系统，基于此原则从其控制方面需要考虑：就地和遥控之间的选择、真空自动卸货AUS模式操作及必备的手动应停装置；报警监测方面要做到全面覆盖和必要的公共报警点延伸到船舶报警监测系统；安全方面要考虑出现故障时能做到立即停止，保护泵组和避免船上爆炸风险。通过这一系列分析使相关技术人员对此系统有了较全面的理解，也为类似船型系统设计提供了参考。考虑到船级社规范和油船组织对货油泵要求逐渐提升，船舶智能化趋势也在不断推进，其自动化系统必将不断升级，仍需要不断地研究来确保货油驳运工作的顺利进行。