油轮货油加热自动测控系统技术方案

油轮货油加热自动测控系统属于水路运输技术领域。油轮在运送高熔点货油时，为到港时能顺利卸货，在航行中要采用蒸气盘管为货油加热。目前各航运公司均采用人工操作的方式对货油进行加热，具有劳动强度大、耗费能源以及污染环境等缺点。本发明专利技术提供一套软硬件相结合的控制系统，解决货油加热问题。系统由ＷＤＺ型温度传感器、ＰＣＩ８３６０型数据采集卡、加热控制程序、ＺＱＤＦ蒸气电磁阀等软硬件组成。通过对温度信号自动采集以及对加热与保温方式进行逻辑判断后，对蒸气电磁阀自动开启或关闭，达到对货油加热控制的目的。本发明专利技术具有自动化程度高、节能、环保等优点，适用于０℃＜熔点＜８０℃的货油水路运输过程中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水路运输

技术介绍
石油是一个国家的战略资源，油品的稳定供应是现代经济可持续发展和社会稳定的基础。世界经济的稳步增长，直接刺激了能源需求量的逐步攀升，而石油作为“工业的血液”是国民经济的动脉，它的许多特点决定了在未来的一段时间里，它仍是一种难以替代的资源。当中东发现了大量的地下原油后，一些石油垄断集团和石油进口国纷纷在中东投资开发油田，使全球原油产量大增，由此也刺激了油船船队的发展。从60年代以来，由于中东石油的大量开采和输出，以及世界各地发达国家的经济迅猛发展对石油能源的依赖，促进了油船运输业和制造业的发展。根据目前的经济和油船发展状况，其研究重点是提高船舶运输的安全性，经济性和防止海洋污染和大气污染等问题，其中货油的保温和加热问题已经引起广泛的重视。在石油运输中，是否需要在卸货前进行加温，取决于该货油凝点的高低。某些石油、燃料油和润滑油的凝固点较高，因此在卸货之前，必须对其进行一定程度的加温，才能将货卸至岸罐内。货油加热是用锅炉的蒸汽经固定的管系送至货舱舱底设置的加热盘管来进行的。加热盘管内蒸汽凝结放出大量的热，经盘管壁传递给货油，从而达到加热油的目的。货油加热过程中，锅炉蒸汽提供的热量被分成两个部分。一部分直接用于提高油温；另一部分热量消耗于散热损失，当油温很高、空气温度和水的温度很低时，这部分热量将大于温升所需要的热量，一般情况下，散热损失的热量占加热所需总热量的50％左右。实验表明在温升数一定时，供给的蒸汽量越低，加温时间越长，散热损失的热量越多，锅炉消耗燃料量越大；而供给的蒸汽量越大，加温时数越少，散热损失越少，消耗燃料量则越少。由此可得出结论高蒸汽量短时间加温节省燃料；低蒸汽量长时间加温则浪费燃料。因此，为了在加温中不浪费燃料而实现节能的目的，可采用锅炉高蒸汽量短时间加温的方法。油轮货油加热一般都采用短时间快速加温方式。操作人员在油轮启航后起动辅助锅炉对货油进行加热，然后通过温度表对货油温度进行监控，当货油温度达到一定值时，关闭锅炉进入保温过程；而当货油温度降低到一定值时，再起动加热系统。周而复始，直到油轮到达目的地进行卸货。目前货油加热采用手工操作方法进行，主要有以下几个缺陷。第一，油轮一般有十几个货舱，每个货舱处于油轮的不同位置，保温情况各不相同，舱内货油温度也有差异。这就要求各个货舱加热与保温时间略有差别，目前操作人员要一直对十几个温度表盘进行监测，然后采用人工方法对蒸气管道阀门进行调节，自动化程度较低，劳动强度较大。第二，目前加热与保温时间由操作人员通过经验判断。而货油加温与保温过程所受影响因素较多，例如航线、锅炉蒸汽量，比热、温差和环境温度等等。仅通过经验，很难得到精确的加热保温时间。如果油轮到港时货油凝固影响卸油，停港时间延长，会得到港口方的巨额罚款。因此操作人员一般会有意延长货油的加热时间。而这会带来几方面的后果，一是燃料消耗过大，造成不必要的经济损失，例如在航程较长的中美航线上运输石油，要十五六天的时间才能到港，加热时间选取不当的话，最多会浪费几百吨的燃油；二是加热时间过长，会导致货油温度过高，货油内轻组分蒸发，造成油质下降，蒸发出的轻组分最终被排入大气中，会环境污染，如果遇到火源甚至发生可燃气体爆燃事故，对油轮安全航行造成很大的威胁。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一种自动化程度较高、劳动强度较小、燃料消耗少、油轮航行安全的油轮货油加热自动测控系统。本专利技术的技术解决方案是，油轮货油加热测控系统，是一套软硬件相结合的控制系统。硬件连接方式，如图1所示。首先，由WDZ型温度传感器1测量货油温度，传感器产生0～5V的电压信号；信号传至PCI8360型数据采集卡2中转换成数字信号，采集卡插入计算机的PCI槽中与计算机连接；数字信号由加热控制器3调用，程序计算出加热时间，经逻辑运算确定加热还是保温，并产生数字信号传回PCI8360型数据采集卡2；采集卡产生5V电压信号传至ZQDF蒸气电磁阀4，控制电磁阀的开启和关闭，以此确定加热盘管中是否通入加热蒸气。结合图2加热控制系统软件框图，讲述系统的操作步骤(1)货油装船离港后，启动货油加热控制系统，输入本航次货油名称、货油初温、终温、加热蒸气压力、航行时间。(2)运行数据采集系统，WDZ型温度传感器采集温度信号，经PCI8360型数据采集卡转换成数字信号后，被货油加热控制系统调用。(3)控制系统经过程序运算，计算公式为T=1Mlnt0-NMt-NM,M=KaAa+KwAaρcv,M=KaAata+KaAatwρcv]]>计算出开始加热时间T1与结束加热时间T2；程度通过运行时间函数toc产生时间函数t，t从程序开始运行时开始计时。(4)控制系统经过逻辑运算。当t＜T1时，货油加热盘管的ZQDF蒸气电磁阀处于关闭状态，没有加热，货油处于保温状态。(5)当t＝T1时，程序生成“是”数字信号，经PCI8360型数据采集卡转换成5V电压信号，电压信号传递给ZQDF蒸气电磁阀，使电磁阀启动，开始加热。(6)当t＝T2时，程序生成“否”数字信号，经PCI8360型数据采集卡转换成5V电压信号，电压信号传递给ZQDF蒸气电磁阀，使电磁阀关闭，停止加热，货油转入保温阶段，直至本次航行结束。(7)油轮到港，货油卸货，本次加热控制程序运行结束，关闭系统。参数范围本专利技术适用油轮型号为68000DWT、72000DWT、159000DWT；适用货油种类为0℃＜熔点＜80℃的各类原油、重油；加热蒸气压力范围0.3-0.9MPa；货油温度范围0-80℃；WDZ型温度传感器主要参数测温0-150℃，电压信号0-5V；PCI8360型数据采集卡主要参数16路输入，16路输出，输出信号5V； ZQDF蒸气电磁阀主要参数输入信号5V，最大蒸气压力1.6MPa。本专利技术的所达到有益效果是(1)本方案采用自动控制的方法，降低了操作人员的工作强度，提高生产效率。(2)本方案中的货油加热时间计算系统，综合考虑了影响加热与保温效果的主要影响因素，能够比较准确地预测出各油舱加热所需时间。与目前方法相比，具有节能、环保以及保证航运安全等优点。(3)在现有油轮上安装本系统，具有安装简便，投资较低等优点。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的加热控制系统软件框图。图中，1.WDZ温度传感器，2.PCI-8360数据采集卡，3.加热控制器，4.ZQDF蒸气电磁阀。具体实施例方式型号为68000DWT的油轮，在港口装载ARDJUNA CRUDE OIL原油，原油熔点为30.6℃。原油初温为33℃，终温要求39℃。硬件连接方式，如图1所示。首先，由WDZ型温度传感器测量货油温度，传感器产生0～5V的电压信号；信号传至PCI8360型数据采集卡中转换成数字信号，采集卡插入计算机的PCI槽中与计算机连接；数字信号由加热控制程序调用，程序计算出加热时间，经逻辑运算确定加热还是保温，并产生数字信号传回PCI8360型数据采集卡；采集卡产生5V电压信号传至ZQDF蒸气电磁阀，控制电磁阀的开启和关闭，以此确定加热盘管中是否通入加热蒸气。结合图2加热控制系统软件框图，讲述系统的操本文档来自技高网...

【技术保护点】
油轮货油加热自动测控系统，由硬件和软件系统两部分构成，其特征在于，ａ．硬件系统由ＷＤＺ型温度传感器（１）、ＰＣＩ－８３６０数据采集卡（２）、加热控制器（３）和ＺＱＤＦ蒸气电磁阀（４）构成，ＷＤＺ型温度传感器（１）与ＰＣＩ－８３６０数 据采集卡（２）连接，ＰＣＩ－８３６０数据采集卡（２）插入加热控制器（３）计算机的ＰＣＩ槽中，ＰＣＩ－８３６０数据采集卡（２）与ＺＱＤＦ蒸气电磁阀（４）连接；ｂ．软件系统的操作步骤是：（１）货油装船离港后，启动货油加热控制系统 ，输入本航次货油名称、货油初温、终温、加热蒸气压力、航行时间；（２）运行数据采集系统，ＷＤＺ型温度传感器采集温度信号，货油温度范围为０－８０℃，传感器产生０～５Ｖ的电压信号，经ＰＣＩ８３６０型数据采集卡转换成数字信号后，被货油加热控 制系统调用；（３）控制系统经过程序运算，计算公式为＊＊＊计算出开始加热时间Ｔ↓［１］与结束加热时间Ｔ↓［２］；程度通过运行时间函数ｔｏｃ产生时间函数ｔ，ｔ从程序开始运行时开始计时；（４）控制系统经过逻辑运算； 当ｔ＜Ｔ↓［１］时，货油加热盘管的ＺＱＤＦ蒸气电磁阀处于关闭状态，没有加热，货油处于保温状态；（５）当ｔ＝Ｔ↓［１］时，程序生成“是”数字信号，经ＰＣＩ８３６０型数据采集卡转换成５Ｖ电压信号，电压信号传递给ＺＱＤＦ蒸气电磁阀，使电磁 阀启动，开始加热，加热蒸气压力范围为０．３－０．９ＭＰａ；（６）当ｔ＝Ｔ↓［２］时，程序生成“否”数字信号，经ＰＣＩ８３６０型数据采集卡转换成５Ｖ电压信号，电压信号传递给ＺＱＤＦ蒸气电磁阀，使电磁阀关闭，停止加热，货油转入保温阶段， 直至本次航行结束；（７）油轮到港，货油卸货，本次加热控制程序运行结束，关闭系统。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳丹婷，李玉平，杨国刚，姜殿明，王跃辉，郑家旭，
申请(专利权)人：大连海事大学，大连远洋运输公司，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]