对布置在位于船舶上的用于运输液体产品的罐中的泵的运行进行监测和预测制造技术

本发明专利技术涉及对布置在船舶(1)上用于运输液体产品的罐中的泵的运行进行监测和预测，泵(30)包括布置在罐(3)中的泵头部(31)。至少根据泵(30)所需的净正吸入压头、罐的当前填充水平以及当前运动状态对泵(30)潜在的跳闸风险参数进行估计，该当前运动状态是当前海况和/或船舶的当前运动状态，并且根据跳闸风险参数向用户提供指示。本发明专利技术可特别地应用于运输冷液体产品的船舶，尤其应用于使用蒸发气体进行推进的LNG运输船舶。推进的LNG运输船舶。推进的LNG运输船舶。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对布置在位于船舶上的用于运输液体产品的罐中的泵的运行进行监测和预测


[0001]本专利技术涉及对布置在位于船上的用于运输液体产品的罐中的泵的运行进行监测和预测，所述罐特别地是用于运输例如液化气、尤其是液化天然气的冷液体产品的密封且热绝缘的罐。

技术介绍

[0002]密封且热绝缘的罐广泛用于在低温下储存和/或运输液化气体，例如用于运输诸如温度在
‑
50℃至0℃之间的液化石油气(也称为LPG)的罐，或者用于在大气压下运输约
‑
162℃的液化天然气(LNG)的罐。这些罐可以旨在运输液化气体和/或接收用作推进浮动结构的燃料的液化气体。还可以设想多种液化气体，特别是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、氨、氢气或乙烯。
[0003]船的罐可以是具有允许在大气压下运输的单密封膜或双密封膜的罐。密封膜通常由不锈钢或殷钢的薄片制成。膜通常与液化气体直接接触。
[0004]在液体运输过程中，包含在罐中的液体会经受各种运动。具体地，船在海上的运动，例如在诸如海况或风的气候条件的影响下，引起罐中的液体的搅动。液体的搅动通常被称为术语“晃动”。
[0005]这些晃动现象发生在运输和/或使用天然气(以下称为LNG)的船(通常称为“LNG作为燃料”的船)或甲烷运输装置以及锚定储存船(称为FPSO(“浮式生产储存和卸载装置”))上，所述锚定储存船为例如开采台和天然气液化设备(通常称为FLNG(“浮式液化天然气装置”))，或者浮式储存和再气化单元(FSRU)，更广泛地说，用于生产、储存和出口的浮式支架。
[0006]上述密封且热绝缘的罐均设有一个或更多个泵，根据情况，这些泵用于排出液体和/或将一定量的液体输送至发动机。按照本身已知的方式，每个泵均具有用于将液体朝向罐的顶部抽吸的泵头部。为了抽吸尽可能多的液体，泵头部通常布置在罐的下壁附近。
[0007]为了优化可以装载到罐中并从罐中排出的液体货物的有用体积，液体底部的体积(即在罐的下部接近空时罐的下部中存在的液体的体积)应该尽可能小。然而，在罐接近空时，晃动可能导致泵头部部分地或完全地不再被液体覆盖。如果在泵运行时发生这种情况，则这种泵头部未被覆盖可能导致泵中出现气蚀现象和/或泵“跳闸”。此外，应尽可能避免泵中的气蚀现象和泵跳闸，因为它们可能会使泵劣化或损坏，甚至使与泵连接的管道和流体系统劣化或损坏。
[0008]在文献EP 1 314 927 A1和WO 2017/055744 A1中已经提出用外壳或容器围绕泵头部，该外壳或容器具有用于在泵头部周围保持一定高度的液体的阀，从而限制泵头部未被覆盖的风险。

技术实现思路

[0009]本专利技术提出了另一种方法，该方法在于通过估计泵的跳闸风险参数来对泵的运行进行自动地监测并根据跳闸风险参数向用户提供指示。因此，本专利技术所基于的一个构思是：确定与泵跳闸风险相关的参数，尤其是泵所需的NPSH、罐的当前填充水平以及当前的运动状态；以及根据这些参数对泵跳闸的风险进行估计；以及根据跳闸风险参数向用户提供指示。本专利技术所基于的另一个构思是基于通过计算流体动力学(CFD)方法或者利用借助由监督机器学习方法训练的预测模型对罐内液
‑
气界面的位置的演变的模拟。
[0010]根据第一变型的一个实施方式，本专利技术提供了由计算机执行的监测方法，该监测方法用于对布置在位于船上的用于运输液体产品的罐中的泵的运行进行监测，泵具有布置在罐中的泵头部，该监测方法包括：
[0011]‑
获得泵的至少一个运行参数；
[0012]‑
根据泵的至少一个运行参数来对泵所需的净正吸入压头进行确定；
[0013]‑
对罐的当前填充水平进行确定；
[0014]‑
对当前运动状态进行确定，当前运动状态是当前海况和/或船的当前运动状态；
[0015]‑
至少根据已经以这种方式确定的泵所需的净正吸入压头、罐的当前填充水平以及当前运动状态来对泵的跳闸风险参数进行估计，并且根据跳闸风险参数向用户提供指示。
[0016]凭借这种方法，如果需要的话，诸如船员的用户可以采取任何必要的措施来限制泵跳闸的风险，例如使船减慢或停止或者改变船的航线，并因此减少泵损坏以及与泵连接的流体系统损坏的风险。
[0017]根据实施方式，上述方法可以具有以下特征中的一个或更多个。
[0018]根据一种实施方式，泵的至少一个运行参数包括泵的输送速率。
[0019]该方法适用于泵头部在罐中的任何定位。然而，它对于朝向罐底部布置的泵头部确实具有有利的应用。根据一个实施方式，罐具有贮存槽并且泵头部布置在贮存槽中。根据一个实施方式，泵头部布置在罐的下壁附近。
[0020]根据一个实施方式，泵头部布置在罐的下壁附近，泵头部容纳在位于罐内部的容器中，容器具有底部，该底部面向罐的下壁并且设置有通道，该通道将容器的内部与容器的外部连通，与容器的底部相对的容器的上部部分具有与罐的内部连通的开口，容器还具有至少一个移动阀，该移动阀布置成与由容器的底部承载的相应阀座部配合，该阀能够在容器的外部与容器的内部之间施加在阀上的压力差小于确定的正阈值时疏通容器的底部的通道，以及在压力差大于阈值时释放通道。
[0021]这种设置有阀的容器倾向于确保泵头部总是被液体包围，该液体通过一个或更多个阀保留在容器中。因此，该容器对防止泵跳闸的风险提供了附加的保护。因此，容器与上述方法的组合使得可以大大降低泵跳闸的风险。
[0022]根据一个实施方式，根据已经以这种方式确定的泵的所需净正吸入压头、罐的当前填充水平以及当前运动状态并且根据船吃水、船速度、船航向和泵的至少一个运行参数中的至少一项来对泵的跳闸风险参数进行估计。
[0023]根据一个实施方式，对泵的跳闸风险参数进行估计所包含的步骤包括：
[0024]‑
通过计算流体动力学方法来对罐内的液体的自由表面的位置的演变进行模拟；
[0025]‑
从模拟结果中提取在罐中泵头部处的自由表面的高度的演变；
[0026]‑
根据所述高度的演变和泵所需的净正吸入压头来计算泵的跳闸风险参数。
[0027]根据另一个实施方式，借助于由监督机器学习方法针对训练数据集而训练的预测模型来执行对泵的跳闸风险参数进行估计所包含的步骤，训练数据集是基于以下获得的：
[0028]‑
多个测试的结果，每个测试均包括使具有给定填充水平的测试罐进行运动以及对在测试罐中泵头部处的液体自由表面的高度进行测量，以及/或者
[0029]‑
模拟的结果，每个模拟均包括：通过计算流体动力学方法来对罐模型内液体的自由表面的位置的演变进行模拟，其中，罐模型具有给定填充水平并且进行运动；以及从模拟结果中提取在罐中泵头部处的液体的自由表面的高度的演变。
[0030]根据一个实施方式，训练数据集是专门基于这种模拟结果而获得的。这是特别有利的，因为通过计算流体动力学方法进行的模拟比在测试罐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种由计算机执行的监测方法(400；500)，所述监测方法用于对泵(30)的运行进行监测，所述泵(30)布置在位于船(1)上的用于运输液体产品(3L)的罐(3)中，所述泵(30)具有布置在所述罐(3)中的泵头部(31)，所述监测方法包括：
‑
获得(401)所述泵(30)的至少一个运行参数；
‑
根据所述泵(30)的所述至少一个运行参数来对所述泵(30)所需的净正吸入压头进行确定(401)；
‑
对所述罐(3)的当前填充水平进行确定(402)；
‑
对当前运动状态进行确定(402)，所述当前运动状态是当前海况和/或所述船的当前运动状态；
‑
至少根据已经以这种方式确定的所述泵(30)所需的净正吸入压头、所述罐的所述当前填充水平以及所述当前运动状态来对所述泵(30)的跳闸风险参数进行估计(403；503A、503B、503C)，并且根据所述跳闸风险参数来向用户提供(404)指示。2.根据权利要求1所述的监测方法(500)，其中，对所述泵(30)的跳闸风险参数进行估计所包含的步骤包括：
‑
通过计算流体动力学方法来对所述罐内的液体的自由表面(40)的位置的演变进行模拟(503A)；
‑
从模拟结果中提取(503B)在所述罐中所述泵头部(31)处的所述自由表面(40)的高度的演变；
‑
根据所述高度的演变和所述泵(30)所需的净正吸入压头来计算(503C)所述泵(30)的所述跳闸风险参数。3.根据权利要求1所述的监测方法(400)，其中，借助于由监督机器学习方法针对训练数据集而训练的预测模型来执行对所述泵(30)的跳闸风险参数进行估计(403)所包含的步骤，所述训练数据集是基于以下获得的：
‑
多个测试的结果，每个测试均包括：使具有给定填充水平的测试罐进行运动；以及对在所述测试罐中所述泵头部处的所述液体的自由表面的高度进行测量；以及/或者
‑
模拟的结果，每个模拟均包括：通过计算流体动力学方法来对罐模型内所述液体的自由表面的位置的演变进行模拟，所述罐模型具有给定填充水平并且进行运动；以及从所述模拟的结果中提取在所述罐中的所述泵头部处的所述液体的自由表面的高度的演变。4.根据权利要求3所述的监测方法(400)，其中，在所述预测模型由所述监督机器学习方法训练期间，对所述预测模型施加至少一个约束。5.根据权利要求3或4所述的监测方法(400；500)，其中，所述预测模型考虑多个泵，所述预测模型能够根据每个泵在所述船内的位置来对每个泵的跳闸风险参数进行估计。6.根据权利要求1至5中任一项所述的监测方法(400；500)，其中，所述泵(30)的所述跳闸风险参数包括以下中的至少一项：
‑
所述泵头部(31)处能获得的净正吸入压头小于所述泵(30)所需的泵净正吸入压头的情况的发生概率；
‑
所述泵头部(31)处能获得的净正吸入压头小于所述泵(30)所需的净正吸入压头的情况的最大持续时间；
‑
所述泵头部(31)处能获得的净正吸入压头小于所述泵(30)所需的净正吸入压头的情
况的发生次数；
‑
所述泵头部(31)处能获得的净正吸入压头小于所述泵(30)所需的净正吸入压头所持续的总时间；
‑
所述泵头部(31)处能获得的净正吸入压头小于所述泵(30)所需的净正吸入压头的情况的平均持续时间；
‑
所述泵头部(31)处能获得的净正吸入压头小于所述泵(30)所需的净正吸入压头的持续时间大于预定持续时间的情况的发生概率。7.根据权利要求1至6中任一项所述的监测方法(400；500)，所述监测方法还包括帮助做出旨在降低所述泵(30)的所述跳闸风险参数的决策(405)的步骤。8.根据权利要求1至7中任一项所述的监测方法(400；500)，其中，所述罐(3)具有贮存槽，并且所述泵头部(31)布置在所述贮存槽中。9.根据权利要求1至8中任一项所述的监测方法(400；500)，其中，所述泵头部(31)布置在所述罐(3)的下壁(11)附近，并且所述泵头部(31)容纳在位于所述罐内部的容器(90)中，所述容器(90)具有底部(99)，所述底部面向所述罐(3)的所述下壁(11)并且设置有通道(95)，所述通道(95)将所述容器(90)的内部与所述容器(90)的外部连通，与所述容器的底部相对的所述容器的上部部分具有与所述罐(3)的内部连通的开口，所述容器(90)还具有至少一个移动阀(16)，所述移动阀(16)布置成与所述容器(90)的底部承载的相应阀座部配合，所述阀(16)能够在所述容器的外部与所述容器的内部之间施加在所述阀(16)上的压力差小于确定的正阈值时阻塞所述容器(90)的底部的所述通道(95)，以及能够在所述压力差大于所述阈值时疏通所述通道。10.一种监测系统(100、200)，所述监测系统(100、200)用于对泵(30)的运行进行监测，所述泵(30)布置在位于船(1)上的用于运输液体产品(3L)的罐(3)中，所述泵(30)具有布置在所述罐(3)中的泵头部(31)，所述监测系统(100、200)包括：
‑
所述泵的指挥和控制单元(121)，所述指挥和控制单元(121)能够获得所述泵(30)的至少一个运行参数，并且能够根据所述泵的所述至少一个运行参数来对所述泵(30)所需的净正吸入压头进行确定；
‑
至少一个填充水平传感器(122)，所述填充水平传感器(122)对所述罐(3)的当前填充水平进行测量；
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿拉里克，
申请(专利权)人：气体运输技术公司，
类型：发明
国别省市：