專利名稱：油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水路運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油是一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略資源，油品的穩(wěn)定供應(yīng)是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。世界經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長(zhǎng)，直接刺激了能源需求量的逐步攀升，而石油作為“工業(yè)的血液”是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈，它的許多特點(diǎn)決定了在未來(lái)的一段時(shí)間里，它仍是一種難以替代的資源。
當(dāng)中東發(fā)現(xiàn)了大量的地下原油后，一些石油壟斷集團(tuán)和石油進(jìn)口國(guó)紛紛在中東投資開(kāi)發(fā)油田，使全球原油產(chǎn)量大增，由此也刺激了油船船隊(duì)的發(fā)展。從60年代以來(lái)，由于中東石油的大量開(kāi)采和輸出，以及世界各地發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展對(duì)石油能源的依賴，促進(jìn)了油船運(yùn)輸業(yè)和制造業(yè)的發(fā)展。
根據(jù)目前的經(jīng)濟(jì)和油船發(fā)展?fàn)顩r，其研究重點(diǎn)是提高船舶運(yùn)輸?shù)陌踩?，?jīng)濟(jì)性和防止海洋污染和大氣污染等問(wèn)題，其中貨油的保溫和加熱問(wèn)題已經(jīng)引起廣泛的重視。在石油運(yùn)輸中，是否需要在卸貨前進(jìn)行加溫，取決于該貨油凝點(diǎn)的高低。某些石油、燃料油和潤(rùn)滑油的凝固點(diǎn)較高，因此在卸貨之前，必須對(duì)其進(jìn)行一定程度的加溫，才能將貨卸至岸罐內(nèi)。
貨油加熱是用鍋爐的蒸汽經(jīng)固定的管系送至貨艙艙底設(shè)置的加熱盤管來(lái)進(jìn)行的。加熱盤管內(nèi)蒸汽凝結(jié)放出大量的熱，經(jīng)盤管壁傳遞給貨油，從而達(dá)到加熱油的目的。
貨油加熱過(guò)程中，鍋爐蒸汽提供的熱量被分成兩個(gè)部分。一部分直接用于提高油溫；另一部分熱量消耗于散熱損失，當(dāng)油溫很高、空氣溫度和水的溫度很低時(shí)，這部分熱量將大于溫升所需要的熱量，一般情況下，散熱損失的熱量占加熱所需總熱量的50％左右。
實(shí)驗(yàn)表明在溫升數(shù)一定時(shí)，供給的蒸汽量越低，加溫時(shí)間越長(zhǎng)，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(shí)數(shù)越少，散熱損失越少，消耗燃料量則越少。由此可得出結(jié)論高蒸汽量短時(shí)間加溫節(jié)省燃料；低蒸汽量長(zhǎng)時(shí)間加溫則浪費(fèi)燃料。因此，為了在加溫中不浪費(fèi)燃料而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，可采用鍋爐高蒸汽量短時(shí)間加溫的方法。
油輪貨油加熱一般都采用短時(shí)間快速加溫方式。操作人員在油輪啟航后起動(dòng)輔助鍋爐對(duì)貨油進(jìn)行加熱，然后通過(guò)溫度表對(duì)貨油溫度進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)貨油溫度達(dá)到一定值時(shí)，關(guān)閉鍋爐進(jìn)入保溫過(guò)程；而當(dāng)貨油溫度降低到一定值時(shí)，再起動(dòng)加熱系統(tǒng)。周而復(fù)始，直到油輪到達(dá)目的地進(jìn)行卸貨。
目前貨油加熱采用手工操作方法進(jìn)行，主要有以下幾個(gè)缺陷。
第一，油輪一般有十幾個(gè)貨艙，每個(gè)貨艙處于油輪的不同位置，保溫情況各不相同，艙內(nèi)貨油溫度也有差異。這就要求各個(gè)貨艙加熱與保溫時(shí)間略有差別，目前操作人員要一直對(duì)十幾個(gè)溫度表盤進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后采用人工方法對(duì)蒸氣管道閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度較低，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。
第二，目前加熱與保溫時(shí)間由操作人員通過(guò)經(jīng)驗(yàn)判斷。而貨油加溫與保溫過(guò)程所受影響因素較多，例如航線、鍋爐蒸汽量，比熱、溫差和環(huán)境溫度等等。僅通過(guò)經(jīng)驗(yàn)，很難得到精確的加熱保溫時(shí)間。如果油輪到港時(shí)貨油凝固影響卸油，停港時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)得到港口方的巨額罰款。因此操作人員一般會(huì)有意延長(zhǎng)貨油的加熱時(shí)間。而這會(huì)帶來(lái)幾方面的后果，一是燃料消耗過(guò)大，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，例如在航程較長(zhǎng)的中美航線上運(yùn)輸石油，要十五六天的時(shí)間才能到港，加熱時(shí)間選取不當(dāng)?shù)脑?，最多?huì)浪費(fèi)幾百噸的燃油；二是加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致貨油溫度過(guò)高，貨油內(nèi)輕組分蒸發(fā)，造成油質(zhì)下降，蒸發(fā)出的輕組分最終被排入大氣中，會(huì)環(huán)境污染，如果遇到火源甚至發(fā)生可燃?xì)怏w爆燃事故，對(duì)油輪安全航行造成很大的威脅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種自動(dòng)化程度較高、勞動(dòng)強(qiáng)度較小、燃料消耗少、油輪航行安全的油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，油輪貨油加熱測(cè)控系統(tǒng)，是一套軟硬件相結(jié)合的控制系統(tǒng)。
硬件連接方式，如圖1所示。首先，由WDZ型溫度傳感器1測(cè)量貨油溫度，傳感器產(chǎn)生0～5V的電壓信號(hào)；信號(hào)傳至PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡2中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，采集卡插入計(jì)算機(jī)的PCI槽中與計(jì)算機(jī)連接；數(shù)字信號(hào)由加熱控制器3調(diào)用，程序計(jì)算出加熱時(shí)間，經(jīng)邏輯運(yùn)算確定加熱還是保溫，并產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)傳回PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡2；采集卡產(chǎn)生5V電壓信號(hào)傳至ZQDF蒸氣電磁閥4，控制電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，以此確定加熱盤管中是否通入加熱蒸氣。
結(jié)合圖2加熱控制系統(tǒng)軟件框圖，講述系統(tǒng)的操作步驟(1)貨油裝船離港后，啟動(dòng)貨油加熱控制系統(tǒng)，輸入本航次貨油名稱、貨油初溫、終溫、加熱蒸氣壓力、航行時(shí)間。
(2)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，WDZ型溫度傳感器采集溫度信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，被貨油加熱控制系統(tǒng)調(diào)用。
(3)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算，計(jì)算公式為T=1Mlnt0-NMt-NM,M=KaAa+KwAaρcv,M=KaAata+KaAatwρcv]]>計(jì)算出開(kāi)始加熱時(shí)間T1與結(jié)束加熱時(shí)間T2；程度通過(guò)運(yùn)行時(shí)間函數(shù)toc產(chǎn)生時(shí)間函數(shù)t，t從程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。
(4)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算。當(dāng)t＜T1時(shí)，貨油加熱盤管的ZQDF蒸氣電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，沒(méi)有加熱，貨油處于保溫狀態(tài)。
(5)當(dāng)t＝T1時(shí)，程序生成“是”數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)，電壓信號(hào)傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥啟動(dòng)，開(kāi)始加熱。
(6)當(dāng)t＝T2時(shí)，程序生成“否”數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)，電壓信號(hào)傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥關(guān)閉，停止加熱，貨油轉(zhuǎn)入保溫階段，直至本次航行結(jié)束。
(7)油輪到港，貨油卸貨，本次加熱控制程序運(yùn)行結(jié)束，關(guān)閉系統(tǒng)。
參數(shù)范圍本發(fā)明適用油輪型號(hào)為68000DWT、72000DWT、159000DWT；適用貨油種類為0℃＜熔點(diǎn)＜80℃的各類原油、重油；加熱蒸氣壓力范圍0.3-0.9MPa；貨油溫度范圍0-80℃；WDZ型溫度傳感器主要參數(shù)測(cè)溫0-150℃，電壓信號(hào)0-5V；PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡主要參數(shù)16路輸入，16路輸出，輸出信號(hào)5V；
ZQDF蒸氣電磁閥主要參數(shù)輸入信號(hào)5V，最大蒸氣壓力1.6MPa。
本發(fā)明的所達(dá)到有益效果是(1)本方案采用自動(dòng)控制的方法，降低了操作人員的工作強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。
(2)本方案中的貨油加熱時(shí)間計(jì)算系統(tǒng)，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(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出各油艙加熱所需時(shí)間。與目前方法相比，具有節(jié)能、環(huán)保以及保證航運(yùn)安全等優(yōu)點(diǎn)。
(3)在現(xiàn)有油輪上安裝本系統(tǒng)，具有安裝簡(jiǎn)便，投資較低等優(yōu)點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)軟件框圖。
圖中，1.WDZ溫度傳感器，2.PCI-8360數(shù)據(jù)采集卡，3.加熱控制器，4.ZQDF蒸氣電磁閥。
具體實(shí)施例方式
型號(hào)為68000DWT的油輪，在港口裝載ARDJUNA CRUDE OIL原油，原油熔點(diǎn)為30.6℃。原油初溫為33℃，終溫要求39℃。硬件連接方式，如圖1所示。首先，由WDZ型溫度傳感器測(cè)量貨油溫度，傳感器產(chǎn)生0～5V的電壓信號(hào)；信號(hào)傳至PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，采集卡插入計(jì)算機(jī)的PCI槽中與計(jì)算機(jī)連接；數(shù)字信號(hào)由加熱控制程序調(diào)用，程序計(jì)算出加熱時(shí)間，經(jīng)邏輯運(yùn)算確定加熱還是保溫，并產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)傳回PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡；采集卡產(chǎn)生5V電壓信號(hào)傳至ZQDF蒸氣電磁閥，控制電磁閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，以此確定加熱盤管中是否通入加熱蒸氣。
結(jié)合圖2加熱控制系統(tǒng)軟件框圖，講述系統(tǒng)的操作步驟(1)貨油離港后，啟動(dòng)貨油加熱控制系統(tǒng)，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(shí)間90h。
(2)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，WDZ型溫度傳感器采集溫度信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，被貨油加熱控制系統(tǒng)調(diào)用，在程序界面上顯示初溫33℃。
(3)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算，計(jì)算公式為T=1Mlnt0-NMt-NM,M=KaAa+KwAaρcv,M=KaAata+KaAatwρcv]]>計(jì)算出開(kāi)始加熱時(shí)間T1與結(jié)束加熱時(shí)間T2；程度通過(guò)運(yùn)行時(shí)間函數(shù)toc產(chǎn)生時(shí)間函數(shù)t，t從程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)(4)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算。當(dāng)t＜35h時(shí)，貨油加熱盤管的ZQDF蒸氣電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，沒(méi)有加熱，貨油處于保溫狀態(tài)。
(5)當(dāng)t＝35時(shí)，程序生成“是”數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)，電壓信號(hào)傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥啟動(dòng)，開(kāi)始加熱。
(6)當(dāng)t＝78h時(shí)，程序生成“否”數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)，電壓信號(hào)傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥關(guān)閉，停止加熱，貨油轉(zhuǎn)入保溫階段，直至本次航行結(jié)束。
(7)油輪到港，貨油卸貨，本次加熱控制程序運(yùn)行結(jié)束，關(guān)閉系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，由硬件和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，其特征在于，a.硬件系統(tǒng)由WDZ型溫度傳感器(1)、PCI-8360數(shù)據(jù)采集卡(2)、加熱控制器(3)和ZQDF蒸氣電磁閥(4)構(gòu)成，WDZ型溫度傳感器(1)與PCI-8360數(shù)據(jù)采集卡(2)連接，PCI-8360數(shù)據(jù)采集卡(2)插入加熱控制器(3)計(jì)算機(jī)的PCI槽中，PCI-8360數(shù)據(jù)采集卡(2)與ZQDF蒸氣電磁閥(4)連接；b.軟件系統(tǒng)的操作步驟是(1)貨油裝船離港后，啟動(dòng)貨油加熱控制系統(tǒng)，輸入本航次貨油名稱、貨油初溫、終溫、加熱蒸氣壓力、航行時(shí)間；(2)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，WDZ型溫度傳感器采集溫度信號(hào)，貨油溫度范圍為0-80℃，傳感器產(chǎn)生0～5V的電壓信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，被貨油加熱控制系統(tǒng)調(diào)用；(3)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)程序運(yùn)算，計(jì)算公式為T=1Mlnt0-NMt-NM,]]>M=KaAa+KwAaρcv,]]>M=KaAata+KwAatwρcv]]>計(jì)算出開(kāi)始加熱時(shí)間T1與結(jié)束加熱時(shí)間T2；程度通過(guò)運(yùn)行時(shí)間函數(shù)toc產(chǎn)生時(shí)間函數(shù)t，t從程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)；(4)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算；當(dāng)t＜T1時(shí)，貨油加熱盤管的ZQDF蒸氣電磁閥處于關(guān)閉狀態(tài)，沒(méi)有加熱，貨油處于保溫狀態(tài)；(5)當(dāng)t＝T1時(shí)，程序生成“是”數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)，電壓信號(hào)傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥啟動(dòng)，開(kāi)始加熱，加熱蒸氣壓力范圍為0.3-0.9MPa；(6)當(dāng)t＝T2時(shí)，程序生成“否”數(shù)字信號(hào)，經(jīng)PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換成5V電壓信號(hào)，電壓信號(hào)傳遞給ZQDF蒸氣電磁閥，使電磁閥關(guān)閉，停止加熱，貨油轉(zhuǎn)入保溫階段，直至本次航行結(jié)束；(7)油輪到港，貨油卸貨，本次加熱控制程序運(yùn)行結(jié)束，關(guān)閉系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，WDZ型溫度傳感器主要參數(shù)測(cè)溫0-150℃，電壓信號(hào)0-5V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡主要參數(shù)16路輸入，16路輸出，輸出信號(hào)5V。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，ZQDF蒸氣電磁閥主要參數(shù)輸入信號(hào)5V，最大蒸氣壓力1.6MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，本發(fā)明適用油輪型號(hào)為68000DWT、72000DWT或159000DWT。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，其特征在于，適用貨油種類為0℃＜熔點(diǎn)＜80℃的原油、重油。
全文摘要
油輪貨油加熱自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)屬于水路運(yùn)輸技術(shù)領(lǐng)域。油輪在運(yùn)送高熔點(diǎn)貨油時(shí)，為到港時(shí)能順利卸貨，在航行中要采用蒸氣盤管為貨油加熱。目前各航運(yùn)公司均采用人工操作的方式對(duì)貨油進(jìn)行加熱，具有勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)能源以及污染環(huán)境等缺點(diǎn)。本發(fā)明提供一套軟硬件相結(jié)合的控制系統(tǒng)，解決貨油加熱問(wèn)題。系統(tǒng)由WDZ型溫度傳感器、PCI8360型數(shù)據(jù)采集卡、加熱控制程序、ZQDF蒸氣電磁閥等軟硬件組成。通過(guò)對(duì)溫度信號(hào)自動(dòng)采集以及對(duì)加熱與保溫方式進(jìn)行邏輯判斷后，對(duì)蒸氣電磁閥自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉，達(dá)到對(duì)貨油加熱控制的目的。本發(fā)明具有自動(dòng)化程度高、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適用于0℃＜熔點(diǎn)＜80℃的貨油水路運(yùn)輸過(guò)程中。
文檔編號(hào)B63B25/00GK101054108SQ200710010920
公開(kāi)日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月6日
發(fā)明者岳丹婷, 李玉平, 楊國(guó)剛, 姜殿明, 王躍輝, 鄭家旭 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué), 大連遠(yuǎn)洋運(yùn)輸公司