油輪貨油加熱自動測控系統的製作方法
2023-04-25 07:33:56 2
專利名稱：油輪貨油加熱自動測控系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於水路運輸技術領域。
背景技術：
石油是一個國家的戰略資源，油品的穩定供應是現代經濟可持續發展和社會穩定的基礎。世界經濟的穩步增長，直接刺激了能源需求量的逐步攀升，而石油作為「工業的血液」是國民經濟的動脈，它的許多特點決定了在未來的一段時間裡，它仍是一種難以替代的資源。
當中東發現了大量的地下原油後，一些石油壟斷集團和石油進口國紛紛在中東投資開發油田，使全球原油產量大增，由此也刺激了油船船隊的發展。從60年代以來，由於中東石油的大量開採和輸出，以及世界各地發達國家的經濟迅猛發展對石油能源的依賴，促進了油船運輸業和製造業的發展。
根據目前的經濟和油船發展狀況，其研究重點是提高船舶運輸的安全性，經濟性和防止海洋汙染和大氣汙染等問題，其中貨油的保溫和加熱問題已經引起廣泛的重視。在石油運輸中，是否需要在卸貨前進行加溫，取決於該貨油凝點的高低。某些石油、燃料油和潤滑油的凝固點較高，因此在卸貨之前，必須對其進行一定程度的加溫，才能將貨卸至岸罐內。
貨油加熱是用鍋爐的蒸汽經固定的管系送至貨艙艙底設置的加熱盤管來進行的。加熱盤管內蒸汽凝結放出大量的熱，經盤管壁傳遞給貨油，從而達到加熱油的目的。
貨油加熱過程中，鍋爐蒸汽提供的熱量被分成兩個部分。一部分直接用於提高油溫；另一部分熱量消耗於散熱損失，當油溫很高、空氣溫度和水的溫度很低時，這部分熱量將大於溫升所需要的熱量，一般情況下，散熱損失的熱量佔加熱所需總熱量的50％左右。
實驗表明在溫升數一定時，供給的蒸汽量越低，加溫時間越長，散熱損失的熱量越多，鍋爐消耗燃料量越大；而供給的蒸汽量越大，加溫時數越少，散熱損失越少，消耗燃料量則越少。由此可得出結論高蒸汽量短時間加溫節省燃料；低蒸汽量長時間加溫則浪費燃料。因此，為了在加溫中不浪費燃料而實現節能的目的，可採用鍋爐高蒸汽量短時間加溫的方法。
油輪貨油加熱一般都採用短時間快速加溫方式。操作人員在油輪啟航後起動輔助鍋爐對貨油進行加熱，然後通過溫度表對貨油溫度進行監控，當貨油溫度達到一定值時，關閉鍋爐進入保溫過程；而當貨油溫度降低到一定值時，再起動加熱系統。周而復始，直到油輪到達目的地進行卸貨。
目前貨油加熱採用手工操作方法進行，主要有以下幾個缺陷。
第一，油輪一般有十幾個貨艙，每個貨艙處於油輪的不同位置，保溫情況各不相同，艙內貨油溫度也有差異。這就要求各個貨艙加熱與保溫時間略有差別，目前操作人員要一直對十幾個溫度錶盤進行監測，然後採用人工方法對蒸氣管道閥門進行調節，自動化程度較低，勞動強度較大。
第二，目前加熱與保溫時間由操作人員通過經驗判斷。而貨油加溫與保溫過程所受影響因素較多，例如航線、鍋爐蒸汽量，比熱、溫差和環境溫度等等。僅通過經驗，很難得到精確的加熱保溫時間。如果油輪到港時貨油凝固影響卸油，停港時間延長，會得到港口方的巨額罰款。因此操作人員一般會有意延長貨油的加熱時間。而這會帶來幾方面的後果，一是燃料消耗過大，造成不必要的經濟損失，例如在航程較長的中美航線上運輸石油，要十五六天的時間才能到港，加熱時間選取不當的話，最多會浪費幾百噸的燃油；二是加熱時間過長，會導致貨油溫度過高，貨油內輕組分蒸發，造成油質下降，蒸發出的輕組分最終被排入大氣中，會環境汙染，如果遇到火源甚至發生可燃氣體爆燃事故，對油輪安全航行造成很大的威脅。
發明內容
本發明的目的就是提供一種自動化程度較高、勞動強度較小、燃料消耗少、油輪航行安全的油輪貨油加熱自動測控系統。
本發明的技術解決方案是，油輪貨油加熱測控系統，是一套軟硬體相結合的控制系統。
硬體連接方式，如圖1所示。首先，由WDZ型溫度傳感器1測量貨油溫度，傳感器產生0～5V的電壓信號；信號傳至PCI8360型數據採集卡2中轉換成數位訊號，採集卡插入計算機的PCI槽中與計算機連接；數位訊號由加熱控制器3調用，程序計算出加熱時間，經邏輯運算確定加熱還是保溫，並產生數位訊號傳回PCI8360型數據採集卡2；採集卡產生5V電壓信號傳至ZQDF蒸氣電磁閥4，控制電磁閥的開啟和關閉，以此確定加熱盤管中是否通入加熱蒸氣。
結合圖2加熱控制系統軟體框圖，講述系統的操作步驟(1)貨油裝船離港後，啟動貨油加熱控制系統，輸入本航次貨油名稱、貨油初溫、終溫、加熱蒸氣壓力、航行時間。
(2)運行數據採集系統，WDZ型溫度傳感器採集溫度信號，經PCI8360型數據採集卡轉換成數位訊號後，被貨油加熱控制系統調用。
(3)控制系統經過程序運算，計算公式為T=1Mlnt0-NMt-NM,M=KaAa+KwAacv,M=KaAata+KaAatwcv]]>計算出開始加熱時間T1與結束加熱時間T2；程度通過運行時間函數toc產生時間函數t，t從程序開始運行時開始計時。
(4)控制系統經過邏輯運算。當t＜T1時，貨油加熱盤管的ZQDF蒸氣電磁閥處於關閉狀態，沒有加熱，貨油處於保溫狀態。
(5)當t＝T1時，程序生成「是」數位訊號，經PCI8360型數據採集卡轉換成5V電壓信號，電壓信號傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥啟動，開始加熱。
(6)當t＝T2時，程序生成「否」數位訊號，經PCI8360型數據採集卡轉換成5V電壓信號，電壓信號傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥關閉，停止加熱，貨油轉入保溫階段，直至本次航行結束。
(7)油輪到港，貨油卸貨，本次加熱控制程序運行結束，關閉系統。
參數範圍本發明適用油輪型號為68000DWT、72000DWT、159000DWT；適用貨油種類為0℃＜熔點＜80℃的各類原油、重油；加熱蒸氣壓力範圍0.3-0.9MPa；貨油溫度範圍0-80℃；WDZ型溫度傳感器主要參數測溫0-150℃，電壓信號0-5V；PCI8360型數據採集卡主要參數16路輸入，16路輸出，輸出信號5V；
ZQDF蒸氣電磁閥主要參數輸入信號5V，最大蒸氣壓力1.6MPa。
本發明的所達到有益效果是(1)本方案採用自動控制的方法，降低了操作人員的工作強度，提高生產效率。
(2)本方案中的貨油加熱時間計算系統，綜合考慮了影響加熱與保溫效果的主要影響因素，能夠比較準確地預測出各油艙加熱所需時間。與目前方法相比，具有節能、環保以及保證航運安全等優點。
(3)在現有油輪上安裝本系統，具有安裝簡便，投資較低等優點。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進一步說明。
圖1是本發明的結構示意圖。
圖2是本發明的加熱控制系統軟體框圖。
圖中，1.WDZ溫度傳感器，2.PCI-8360數據採集卡，3.加熱控制器，4.ZQDF蒸氣電磁閥。
具體實施例方式
型號為68000DWT的油輪，在港口裝載ARDJUNA CRUDE OIL原油，原油熔點為30.6℃。原油初溫為33℃，終溫要求39℃。硬體連接方式，如圖1所示。首先，由WDZ型溫度傳感器測量貨油溫度，傳感器產生0～5V的電壓信號；信號傳至PCI8360型數據採集卡中轉換成數位訊號，採集卡插入計算機的PCI槽中與計算機連接；數位訊號由加熱控制程序調用，程序計算出加熱時間，經邏輯運算確定加熱還是保溫，並產生數位訊號傳回PCI8360型數據採集卡；採集卡產生5V電壓信號傳至ZQDF蒸氣電磁閥，控制電磁閥的開啟和關閉，以此確定加熱盤管中是否通入加熱蒸氣。
結合圖2加熱控制系統軟體框圖，講述系統的操作步驟(1)貨油離港後，啟動貨油加熱控制系統，輸入本航次貨油名稱ARDJUNACRUDE OIL、貨油初溫33℃、終溫45℃、加熱蒸氣壓力0.8MPa、航行時間90h。
(2)運行數據採集系統，WDZ型溫度傳感器採集溫度信號，經PCI8360型數據採集卡轉換成數位訊號後，被貨油加熱控制系統調用，在程序界面上顯示初溫33℃。
(3)控制系統經過程序運算，計算公式為T=1Mlnt0-NMt-NM,M=KaAa+KwAacv,M=KaAata+KaAatwcv]]>計算出開始加熱時間T1與結束加熱時間T2；程度通過運行時間函數toc產生時間函數t，t從程序開始運行時開始計時(4)控制系統經過邏輯運算。當t＜35h時，貨油加熱盤管的ZQDF蒸氣電磁閥處於關閉狀態，沒有加熱，貨油處於保溫狀態。
(5)當t＝35時，程序生成「是」數位訊號，經PCI8360型數據採集卡轉換成5V電壓信號，電壓信號傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥啟動，開始加熱。
(6)當t＝78h時，程序生成「否」數位訊號，經PCI8360型數據採集卡轉換成5V電壓信號，電壓信號傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥關閉，停止加熱，貨油轉入保溫階段，直至本次航行結束。
(7)油輪到港，貨油卸貨，本次加熱控制程序運行結束，關閉系統。
權利要求
1.油輪貨油加熱自動測控系統，由硬體和軟體系統兩部分構成，其特徵在於，a.硬體系統由WDZ型溫度傳感器(1)、PCI-8360數據採集卡(2)、加熱控制器(3)和ZQDF蒸氣電磁閥(4)構成，WDZ型溫度傳感器(1)與PCI-8360數據採集卡(2)連接，PCI-8360數據採集卡(2)插入加熱控制器(3)計算機的PCI槽中，PCI-8360數據採集卡(2)與ZQDF蒸氣電磁閥(4)連接；b.軟體系統的操作步驟是(1)貨油裝船離港後，啟動貨油加熱控制系統，輸入本航次貨油名稱、貨油初溫、終溫、加熱蒸氣壓力、航行時間；(2)運行數據採集系統，WDZ型溫度傳感器採集溫度信號，貨油溫度範圍為0-80℃，傳感器產生0～5V的電壓信號，經PCI8360型數據採集卡轉換成數位訊號後，被貨油加熱控制系統調用；(3)控制系統經過程序運算，計算公式為T=1Mlnt0-NMt-NM,]]>M=KaAa+KwAacv,]]>M=KaAata+KwAatwcv]]>計算出開始加熱時間T1與結束加熱時間T2；程度通過運行時間函數toc產生時間函數t，t從程序開始運行時開始計時；(4)控制系統經過邏輯運算；當t＜T1時，貨油加熱盤管的ZQDF蒸氣電磁閥處於關閉狀態，沒有加熱，貨油處於保溫狀態；(5)當t＝T1時，程序生成「是」數位訊號，經PCI8360型數據採集卡轉換成5V電壓信號，電壓信號傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥啟動，開始加熱，加熱蒸氣壓力範圍為0.3-0.9MPa；(6)當t＝T2時，程序生成「否」數位訊號，經PCI8360型數據採集卡轉換成5V電壓信號，電壓信號傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥關閉，停止加熱，貨油轉入保溫階段，直至本次航行結束；(7)油輪到港，貨油卸貨，本次加熱控制程序運行結束，關閉系統。
2.根據權利要求1所述的油輪貨油加熱自動測控系統，其特徵在於，WDZ型溫度傳感器主要參數測溫0-150℃，電壓信號0-5V。
3.根據權利要求1所述的油輪貨油加熱自動測控系統，其特徵在於，PCI8360型數據採集卡主要參數16路輸入，16路輸出，輸出信號5V。
4.根據權利要求1所述的油輪貨油加熱自動測控系統，其特徵在於，ZQDF蒸氣電磁閥主要參數輸入信號5V，最大蒸氣壓力1.6MPa。
5.根據權利要求1所述的油輪貨油加熱自動測控系統，其特徵在於，本發明適用油輪型號為68000DWT、72000DWT或159000DWT。
6.根據權利要求1所述的油輪貨油加熱自動測控系統，其特徵在於，適用貨油種類為0℃＜熔點＜80℃的原油、重油。
全文摘要
油輪貨油加熱自動測控系統屬於水路運輸技術領域。油輪在運送高熔點貨油時，為到港時能順利卸貨，在航行中要採用蒸氣盤管為貨油加熱。目前各航運公司均採用人工操作的方式對貨油進行加熱，具有勞動強度大、耗費能源以及汙染環境等缺點。本發明提供一套軟硬體相結合的控制系統，解決貨油加熱問題。系統由WDZ型溫度傳感器、PCI8360型數據採集卡、加熱控制程序、ZQDF蒸氣電磁閥等軟硬體組成。通過對溫度信號自動採集以及對加熱與保溫方式進行邏輯判斷後，對蒸氣電磁閥自動開啟或關閉，達到對貨油加熱控制的目的。本發明具有自動化程度高、節能、環保等優點，適用於0℃＜熔點＜80℃的貨油水路運輸過程中。
文檔編號B63B25/00GK101054108SQ200710010920
公開日2007年10月17日 申請日期2007年4月6日 優先權日2007年4月6日
發明者嶽丹婷, 李玉平, 楊國剛, 姜殿明, 王躍輝, 鄭家旭 申請人:大連海事大學, 大連遠洋運輸公司