毕业论文-浅析“长航蓝晶”轮惰性气体系统的应用.doc

大连海事大学毕业论文二一四年七月浅析“长航蓝晶”轮惰性气体系统的应用专业班级：轮机管理2010-13姓 名： 杨 建 章 指导教师： 轮机工程学院内容摘要摘要:按照SOLAS公约的规定，现代油船应使用惰性气体系统作为安全控制装置。惰性气体系统在现代油船的实际操作中有着广泛的应用，例如，在货油的卸载作业期间，保持惰气的供给以防止空气进入油舱及保持油舱适当的正压。本文主要介绍油船上惰性气体系统的组成、操作程序以及惰性气体系统对的维护管理。关键词: 惰性气体系统 组成 操作程序 维护管理ABSTRACT: In accordance with the regulation of SOLAS , contemporary oil tanker should make use of IGS(inert gas system) as a device of safety control . There are extensive use on practice operation of contemporary oil tankers . For example , during the unloading of the cargo oil , keep the supply of inert gas to avoid air entering the cargo oil tank and keep the proper positive pressure of the cargo oil tank . This thesis main introduce the components, operation procedure and the maintenance and management of the IGS . Keywords: IGS components operation procedure maintenance and management目录前言51惰气系统的概述及来源5 1.1惰性气体系统的产生景5 1.2惰性气体的来源62惰性气体系统的组成及操作程序6 2.1惰性气体系统装置的参数6 2.2惰性气体系统装置的组成7 2.3惰性气体系统的操作程序133惰性气体系统的维护管理16 3.1惰性气体的质量管理16 3.2 船上惰气系统实例介绍16 3.3 惰性气体系统的维修保养194 结论21参考文献21 浅析“长航蓝晶”轮惰性气体系统的应用前言油船是随着油类货物水路运输的不断需求而由普通的货船改装、改造继而专门设计、建造出现的一种专用液货船。随着工业革命和科学技术的不断进步，石化工业也得到了迅速发展，使石油得到了广泛的应用。当大量的地下原油被发现，使全球原油产量大增，由此也刺激了油船船队的发展。但庞大的油船船队投入海上运输也导致了海上油船事故日益增多，对海洋造成了很大的污染和危害，其中油船的火灾爆炸事故对海洋环境和人名安全造成了极大的威胁，也造成了巨大的经济损失，因此油船的防火防爆是很重要的。因此人们利用控制燃烧三要素的一个要素氧，以达到防止燃烧爆炸的目的。当碳氢化合物与氧气混合达到一定的比例范围时，才会发生燃烧是事故，而在此范围以外的区域是不会发生燃烧爆炸的，当为了安全的进行某项作业时，可人为的控制氧气的浓度使油舱的气体状态处于可燃爆炸范围之外。这就利用到了一种化学作用不活跃、不能支持物质燃烧的气体惰气，当惰气被送入油舱时，可大大降低油舱内的氧气含量，使其失去可燃性/爆炸性。因此，为了提高油船的安全性就必须配备惰性气体装置。长航蓝晶轮配备的惰气系统装置是 AIR PRODUCTS，烟气式，额定排量5000立方每小时，发生器额定排量500立方每小时，装置主要由以下部件组成：，洗涤塔，甲板水封塔，惰气风机，真空/压力破坏阀及控制系统等组成。1惰气系统的概述及来源1.1惰气系统的产生背景通过深入的调查和研究原油油船的爆炸事故，尤其时原油洗舱过程中的爆炸事故，在洗舱过程中发生的静电会引发油船爆炸，从此人们认识到，作为一种新的着火源静电，几乎是不可能消除或控制的。于是便开始研究即使存在火源也不会发生爆炸事故这一新课题，这就是研究控制燃烧三要素中的另外一个要素氧气，以达到防止燃烧爆炸的目的。人们发现当碳氢化合物与氧气混合达到一定的比例范围时，才会发生燃烧是事故，而在此范围以外的区域是不会发生燃烧爆炸的，人为的控制货油舱的气体状态使之处于可燃烧爆炸范围之外就可以避免燃烧爆炸。从图1-1 中可以看出，可燃爆炸范围以外的区域有三种舱气类型，即：（1）碳氢化合物过浓类型；（2）碳氢化合物过稀类型；（3）缺氧的惰化类型。从安全的角度出发，使用惰性气体系统来控制舱内的含氧量更为理想。于是，作为油船的一种安全装置惰性气体系统，自此开始得到了应用和发展。1.2惰性气体的来源 惰性气体是一种化学性质不活跃、不能支持物质燃烧的气体。当惰性气体被送入油舱时，可大大降低货油舱内的氧含量，使其失去可燃性/爆炸性。惰性气体的主要来源有三个：（1）船舶主、辅锅炉排除的废气。（2）独立惰性气体发生器。（3）柴油机排气再经辅助燃烧器燃烧（联合式）。2惰性气体系统的组成及操作程序2.1惰性气体系统装置的参数船舶配备的惰气系统装置是 AIR PRODUCTS，烟气式额定排量5000立方每小时，发生器额定排量500立方每小时。 组成简介风机马达FGS:440V,60HZ,3ph,IP55,63KW,3600RPM风机马达TUG440V,60HZ,3ph, 13.2KW燃油泵马达440V,60HZ,3ph, 0.65KW控制系统220V,60HZ, 1ph,1KWTUG燃油船用柴油 40KG/H (额定容量，氧含量3.5%)控制空气干燥、清洁、无油， 压力0.7MPa 耗气量约70L/min（主要在开始和停用时）2.2惰性气体系统装置的组成（1）锅炉烟道或惰性气体发生器燃料油在锅炉内正常燃烧后所产生的废气含有以下成分：CO为13%，O为3%4%，N为77%，SO为0.3%，HO为约5%，其余为固体颗粒。图2-1燃油锅炉烟道-洗涤塔惰性气体发生器是指在船上装有专门制取惰性气体设备，通过燃料的燃烧来获取惰性气体。所获得的惰性气体质量很高，氧含量甚至低于0.5%。图2-2惰性气体发生器（2）烟道取气阀用于从锅炉烟道中取气，装于锅炉烟囱和洗涤塔之间，可在货控室内远距离操作，当系统不工作或不充惰时，该阀处于关闭状态。（3）洗涤塔惰性气体洗涤塔具有冷却、除尘、除硫的作用即通过海水冷却、洗涤来清除烟气中的灰烟和硫化物等。图2-3烟道取气阀 图2-4洗涤塔实物图洗涤塔内部装有除湿器，它的作用是进一步清除水分、微量固体物质，减少水和硫分对货油舱的腐蚀。图2-5洗涤塔设计图(4)惰气风机惰气风机用于将洗涤塔排出来的惰气输送到货油舱内，并且保持一定的供风速率和供风压力以保持适当的惰气供给和适当的惰气压力。根据公约规定，为防止一台风机发生故障每条船至少配备两台风机，且其总排量不应低于船舶的最大卸货总排量的125%（一般指货油泵的总排量）。图2-6惰气风机（5）压力调节阀压力调节阀位于惰气风机与透气阀和甲板水封的中间。其作用是在甲板主管内的压力值设定后，维持该数值的固定，当压力有波动时，自动调节阀门的开度，从而控制惰气流量。（6）泄放阀它同压力显示控制器一起来控制风机出口压力保持恒定。泄放阀根据设定压力来自动控制阀门的开闭。当压力超过设定值时，泄放阀自动打开，把剩余的气体释放到大气中去。（7）透气阀透气阀用于惰气风机停止运转以后，甲板水封透气之用。（8）甲板水封甲板水封与止回阀都是防止舱内烃气逆流至机舱等安全场所的装置。甲板水封在充惰气时，允许惰气通过而进入货油舱，当惰气装置停止运转时，甲板水封的作用是阻止货油舱内的溘然气体倒流入机舱。甲板水封内始终保持有海水供给，尤其是当IG发生装置停止作用时。本轮甲板水封的形式是半干式，半干式甲板水封的工作原理：当惰气流动时，由于文丘里管的作用，将水封水带入分开设置的一个储水箱后，则此后的惰气就不会带有水分进入油舱了，只是开始时带入一点点水分。这种水封可防止或减少水封水进入货油舱。当舱内压力上升时，由U型管开始注水而起密封作用也阻止燃气倒流入舱。当系统运转时，惰气由风机送入水密封管，从导向管水中向上流出。被气体夹带的水珠撞击折流板，与导向管外的水汇合泄出舷外。惰气夹带的水分通过除湿器时被除去。当系统停止或油舱内气体上升时，进气管被水密封。其高度由于有溢流管，因而与槽水液位相同，如图2-7所示。图2-7甲板水封（9）止回阀此阀装在水封和甲板隔离阀之间。它同样用于防止货油舱内的燃气倒流。当油舱液位升高而溢入甲板主管时，此阀起着阻止货油流入甲板水封和机舱处所的作用。（10）甲板隔离阀此阀装于止回阀和甲板IG主管及货油舱之间。其装设的目的是当IGS不运行时起一种保护作用，使甲板主管及货油舱与止回阀一侧的安全区域隔离。此外，此阀的安装还有助于必要时进行止回阀的维修保养。（11）真空/压力破坏阀（P/V阀）图2-8真空/压力破坏阀的工作原理由于环境温度、海水温度以及货油蒸气压力的变化会出现货油舱内气体压力过高或过低的现象，舱内压力过高或过低都会对货舱构件产生损坏。为了安全起见，在通常情况下，出现压力过高或过低都是通过透气桅管底部的呼吸阀来进行调节的。但有时会发生呼吸阀动作不灵的现象，则在呼吸阀的基础上于甲板IG主管上再装设一个P/V切断器，作为当呼吸阀发生故障情况下调节油舱内产生意外高压啊或低压的一种安全措施。对于船上常用的充液式的真空/压力破坏阀，重要的是保证使用正确的液体和保持正确的液位。通常只有在惰气总管无压力时才可以核对其液位。在对液体状况和液位进行检查时，应考虑到蒸发、冷凝作用和可能进入海水等影响。在恶劣天气中，货油舱内液体动荡所引起的舱压骤升，可以导致真空/压力破坏阀中的液体被吹出。真空/压力破坏阀内的液体应为防冻的液体（一般为水和防冻液的混合物），防止在寒冷的冬天液体冻结导致真空/压力破坏阀无法工作。其工作原理和工作过程如图2-8所示。（12）压力/真空阀压力/真空阀是准备为货油舱温度变化时而引起的少量舱气气流的流通而设计的，应在真空/压力破坏阀动作之前先起作用。为了避免真空/压力破坏阀不必要的动作，应对压力/真空阀进行常规检查和清洁，使其保持良好的工作状态。（13）氧气分析仪分析惰性气体中的氧气含量。检查保养：a每次使用前必须校验。校验应按照说明书要求的程序进行。b滤器定期清洁（每月），每年更换滤芯。c定期检查相关阀及管路是否堵塞、漏泄，并定期放残。（14）惰气桅惰气桅就是沿桅杆或立柱伸到离甲板10m左右的高度处，将油气引向高空，在沉降到甲板上之前能在大气中充分扩散，以防止发生火灾和毒害船员。通气总管的出口处均匀装上防火网（一般为铜丝），防止火种进入通气管。检查保养：a将惰气桅放残（特别是寒冷的冬天），此时注意放残水的处理，不要将含油的放残水泄露到海里。b定期检查相关阀及管路是否堵塞、漏泄，并定期放残。C检查和清洁防火网，防止防火网堵塞，影响透气效果。2.3惰性气体系统的操作程序（1）惰性气体系统控制面板控制系统是有MITSUBISHI FX2N PLC 和E1100操作终端组成。PLC的程序和系统结构储存在PLC的免维护的EEPROMS里，控制器参数和报警设定一齐存储在有电池供电的RAM里；E1100操作终端能够起动和操作系统，调节各种控制器、报警设定以及来显示各种报警。E1100操作界面如图2-9所示。控制面板带有一个模拟的流程图，能够显示各主要阀门的位置、风机运转指示、燃油泵、洗涤塔海水泵等主要设备的运行情况，有应急停止、功能试验、报警设定和主备用设备选择等功能。图2-9惰性气体系统控制面板（2）惰性气体供给的准备1）设备的校正和测试，确保惰性气体系统仪器包括相关设备、报警、紧急停止、压力、含氧量仪表等工况良好；2）检查控制面板的电源供应以及电器元件的操作性能；3）在控制面板接通电源之前检查电源的相序以及接地情况。如果有问题存在应立即采取相应措施修复问题；4） 检查空气的供给和空气管路，观察它们的连接情况以及是否有适当的膨胀；5） 每次使用惰性气体系统前应对固定/手动氧气分析仪进行检测并完成相应的检查单，抵泊位前将设备启动，处于正常工作状态并完成惰性气体系统警报试验记录；6）确认泄水管路上的通海阀都已开足；7）启动洗涤冷却海水泵；8）控制洗涤塔有关阀门，观察流量表，确认达到规定的流量；9）确认大气空气吸入阀和盲板法兰均已经关闭；10）对风机应进行必要的润滑，并用手进行盘车试验，打开惰气风机的吸入阀和排除阀；11）检查甲板水封液位是否正常，确认其供水情况正常，其密封性能良好；12）确认透气系统正常，包括透气桅底部的呼吸阀动作正常，旁通阀处于全关的位置；13）确认真空/压力破坏阀的的密封液位正常；14）开启甲板惰气主阀和通往各油舱的各支阀；15）启动固定式氧气分析仪并进行校对试验，使之处于正常状态；16）把惰气主管显示控制器的主压力阀打到自动位置，确认发电机有足够的容量带动惰气风机；17）注意在IGS工作时不允许进行锅炉吹灰工作，吹灰工作必须在IGS启动之前进行完成。（3）惰性气体系统的启动和停止（烟道取气）启动：1）在货控室内IGS主控制面板上将系统选择开关置于“INERT GAS”位置；2）确认洗涤塔的海水流量在设定值；3）在货控室主控制面板上，按下“MASTER”开关，确认显示灯亮；4）打开锅炉取气阀，并通过显示灯确认其已全开，由显示灯“SHUT”确认气封阀已关闭；5）启动NO.1号惰气风机，由显示灯“RUN”确认其运转，确认排除阀已打开。启动NO.1惰气风机启动2030s之后，可启动NO.2号惰气风机，启动某一台鼓风机后，确认电流稳定后再启动第二台鼓风机；6）按下“TANK FEED”开关的“ON”；7）确认主气阀的开度是根据设定压力在进行自动控制；8）由显示灯“SHUT”确认透气阀已关闭。完成上述操作和检查后，IGS系统即已投入运转。停止：1）按下“TANK FEED”开关的“OFF”按钮，确认主气阀关闭，显示“SHUT”；2）由指示灯“OPEN”确认“VENT VALVE”已开启；3）按下IGS风机按钮，停止鼓风机；4）由指示灯“SHUT”确认锅炉主取气阀和放泄阀已关闭；5）由指示灯“OPEN”确认空气密封阀开启；6）等30分钟以后，停止洗涤塔海水冷却泵。（4）利用惰性发生器充惰的启动和停止1）按下主菜单MAIN MENU；2）检查所有切断报警已被清除；3）按下系统启动键START SYSTEM启动系统，先前选定的设备将被启动，在启动中启动按扭指示灯将一直亮。当系统已准备好时，系统准备好指示灯将一直亮；4）当系统准备好指示灯亮时，惰气可以充到甲板管线；5）按下充到甲板功能键，开始向甲板充惰。当向甲板充惰时，充到甲板的指示灯将一直亮。注意：惰气充到甲板的阀的开度依赖于甲板压力控制器中设定的参数值和甲板管线的压力。系统停止：按下停止系统功能键，惰气自动停止程序开始执行。在停止程序执行中，停止按扭指示灯将一直闪亮。系统将按下列顺序停止：停止甲板充惰停止燃烧（在充惰模式）停止风机停止洗涤塔海水泵。在惰气系统停止前，洗涤塔海水泵将在充分冷却系统后停止。系统也能够通过手动停止。系统自动切断是系统运行的正常途径。甲板水封泵不能够自动停止，仅能通过选择手动停止。甲板水封泵将一直运转，以保证一定的水封，防止可燃气体泄到机舱或惰气发生气间。（4）惰性气体装置的应急停止油船惰性气体系统设有应急停止按钮，当惰气系统发生故障或货舱压力过高等情况发生而惰气系统没有自动停止，或在应急情况下需要将惰气系统停止，此时就需要按下惰气系统应急停止按钮，按下此按钮后，惰气系统就会自动的停止运行。3惰性气体系统的维护管理3.1惰性气体的质量管理国际海上人命安全公约修正案规定，惰性气体系统应在任何规定的气流速度条件下，都应能提供按体积分数不超过5%含氧量的惰气，在任何时候，油舱中应保持正压状态，其含氧量按体积分数不得超过8%。一般来说，船上主、辅锅炉可提供低于5%含氧量的烟气，而烟气中含氧量的高低主要取决于燃料本身的性质和控制燃烧的技术水平以及锅炉的负荷情况。比如，燃料油中的S元素含量多，则燃烧后产生的二氧化硫气体就多。另外，在锅炉负荷过低等不良燃烧条件下，若不能人为改善导致O过剩系数增大的状况，就会使惰气中的氧含量增加。惰气发生器装置的含氧量是可以自动控制的，通常可以控制在1.5%2.5%之间，不超过5%。此外，任何条件下所产生的惰气，在进入油舱之前必须要经过冷却、洗涤，以除去烟尘和硫分。3.2 船上充惰实例介绍货油的装载：船舶状态：货油舱内保持充满惰气的状态 惰性气体系统停止运行在装货时，是不需要使用船上的惰性气体系统的，因为在装入货油时货油舱内是充满惰性气体的，随着货油的装入舱内惰性气体逐渐排出，通过呼吸阀的旁通阀排入大气。随着货油的加入舱内气体的烃气含量也会有所增加。按下列程序进行：（1）准备好货油泵系统；（2）根据图3-1准备好甲板上的惰气分配和通风系统；（3）对所有的真空/压力破坏阀做好试验；（4）按照事先规定好的装货计划进行装货工作；（5）注意“DECK PRESSURE HIGH”的报警，在装货过程中要保持仔细的观察甲板压力。重点关注：根据在充惰的油船上的观察发现了以下现象：在装在货油之后，货油会向油舱内释放氧气，据有关记载最大的氧气含量高达14.8%，在大多数情况下，装货几小时内货油舱内的氧气含量依旧会保持在最初的氧气浓度34%。为了确保油舱内的氧气含量不会超过允许的数值8%，要加强对货油舱的气体进行测量。当氧气含量超过8%要及时采取措施，对油舱进行驱气以降低氧气含量和可燃烃类气体的含量。图3-1货油的装载原油洗舱：船舶状态：货油舱充惰，货油舱内保持1米左右的货油 惰性气体系统向货油舱内供给惰气注意：如果在洗舱过程中出现舱内氧气含量超过8%情况或者出现舱内气体的压力不是正压的情况应立即停止原油洗舱作业，直至舱内的状况恢复到良好的状态才可以继续进行原油洗舱作业。图3-2原油洗舱（1）在原油洗舱的操作过程中要持续的监测并记录油舱内的氧气含量和油舱内气体的压力（应保持货油舱内的压力为正压）；（2）准备好便携式测爆仪，测量甲板上的气体以确保没有洗舱过程中产生的可燃烃类气体溢流到甲板上；（3）在原油洗舱开始之前关闭惰性气体系统；（4）按照图3-2做好原油洗舱的准备工作，进行相关阀门的开关以及通风系统的准备。3.3 惰性气体系统的维修保养惰性气体系统是油船上的重要设备，使用频率很高，因而各个组成部件若不经常检查、活络、加油等工作，则无疑会发生损坏或出现各种故障，从而影响油船的安全性。惰性气体中含有相当数量的硫分、水分和烟尘等杂质，会腐蚀金属构件，对其造成污损和堵塞影响惰性气体系统的工作性能。因此，应按照设备的保养说明定期地进行为维修保养工作，使之处于良好的状态，避免出现紧急情况。（1）常规维护保养1）每天检查：系统的控制空气是否在正常范围，阀门测试是否正常，装置停用时风机马达加热开启正常；2）每周检查：控制空气放残，校验氧份仪，试验氧含量高报警，发生器如果使用后检清洁火焰探头及点火电极等；3）每三个月检查：对于发生器，内部打开检查清灰，阻水滤网清洗（此处容易结垢，造成烟气带水严重），活络各阀门加油，测试压力温度及位置开关，校验压力传感器等；4）半年检查：甲板惰气止回阀测试检查阀门工作情况，压力真空破坏阀液位检查，必要时添加防冻液等；5）一年检查：对洗涤塔内部检查，检查清洁阻水滤网及喷嘴，位置开关试验；甲板水封内部检查，防腐锌块、加热装置、涂层、位置开关检查；各阀的定位器检查调整；6）按说明书要求各报警监控点每三个月进行一个轮回的报警测试；7）洗涤塔文氏管压力降定期测量压力降，应在550-650毫米水柱之间，可以调节进水量改变文氏管压力降；10）惰气发生器阻水滤网容易脏堵，每月应进行清洗除垢；11）风浪天充惰时注意甲板水封液位，可能会造成甲板水封液位上升，（甲板水封塔没有高位报警），惰气总管进水而污染货物；12）氧份仪进口滤器定期清洗，注意防止进水，氧电池有效期进行关注；13）惰气风机使用后及时水洗，定期检查叶轮清洁情况，长期不用时风机放残阀常开。（2）对设备每个部件的维修保养1）洗涤塔在洗涤塔使用完毕之后，冷却水应继续供给30min以上；每个航次要检查水封流量，冷却海水的压力和流量开关，对洗涤塔内部进行冲洗；每半年要检查装置的气密性，U型封内的垃圾清洁，进气通道的检查及换新；要经常检查有关报警装置的动作是否正常。2）甲板水封要检查水封流量，水封流量报警功能测试，水封液位报警功能测试；检查甲板水封的外观有无漏泄，损坏以及甲板水封的气密性检查；检查甲板水封内部涂层有无脱落，内部部件的腐蚀情况，内部清洁。3）惰气风机开启惰气风机之前应转动一次以确定叶轮没有与风机内壁有摩擦；在风机使用完毕后，应用清水冲洗；每季度进行轴与泵壳的气密性检查，给轴承加润滑脂，检查磨损情况；观察风机的噪声、震动和温度，检查马达的绝缘应大于10兆欧。4）氧气分析仪使用压缩空气清洁氧气分析仪的内部；定期清洗过滤器元件。5）遥控和自动开关阀门将每