Шибеко В.К.

Ф
ГБ
О
У
ВО
РФ
"Г
УМ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
2015г.
1
2
Ф
ГБ
О
У
ВО
РФ
"Г
УМ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
3
Ф
ГБ
О
У
ВО
РФ
"Г
УМ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Аннотация
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Целью данного дипломного проекта является разработка программы для анализа и
расчета процесса старения сжиженного природного газа при транспортировке.
В соответствии с поставленной целью в дипломном проекте следующие задачи:
1. Изучение назначения судна, его устройства, конструкции грузовой системы и
входящих в нее устройств и систем.
2. Изучение требований нормативных документов к системам коммерческого
учета газа.
3. Разработка алгоритма обработки данных и программы пользовательского
интерфейса.
4. Выполнение расчета характеристик сжиженного природного газа в процессе
транспортировки.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
Результатом работы является программа пользовательского интерфейса.
4
Содержание.
ов
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
Глава 1. Газовозы. Классификация. Основные системы.
1.1. Классификация газовозов.
1.1.1. Типы и группы газовозов.
1.1.2. Конструкции грузовых танков.
1.1.3. Материал, используемый для изготовления танков.
1.1.4. Изоляция грузовых танков.
1.1.5. Виды изоляционных материалов.
1.1.6. Влажность изоляции.
1.2. Газовоз «Великий Новгород».
1.3. Основные системы газовозов.
1.3.1. Системы трубопроводов.
1.3.2. Система охлаждения груза
1.3.3. Система инертного газа.
1.3.4. Использование азота на газовозах.
1.3.5. Система подогрева груза.
1.3.6. Система сжатого воздуха.
1.3.7. Система аварийной остановки.
1.3.8. Система водяного орошения.
а"
Введение
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
Глава 2. Оборудование для измерения объемов груза. Система коммерческого
учета перевозимого газа.
2.1. Оборудование.
2.1.1. Индикаторы уровня груза в танках.
2.1.2. Механическое поплавковое устройство.
2.1.3. Ультразвуковые мерительные устройства
2.1.4. Датчики температуры.
2.1.5. Датчики давления.
2.1.6. Система гликоля.
2.1.7. Система инжекции алкоголя.
2.1.8. Система контроля атмосферы.
2.2. Судовая информационно - измерительная система газовоза.
2.2.1. Меры и средства защиты от пожаров и взрывов на газовозах.
Электростатическая защита судна.
2.2.2. Современные нормативные требования по ЭСИБ и ГИБ
2.2.3. Комплексная система управления технологическими процессами
Rosemount TankRadar CTS.
2.3. Система коммерческого учёта перевозимого газа типа TSS/CTS.
2.3.1. Общие требования Правил РС к системам автоматизации
5
2.3.2. Судовая информационно-измерительная система предотвращения
перелива газовоза Overfill Alarm System фирмы Omicron.
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Глава 3. Анализ данных. Старение газа. Разработка программы для учета
старения перевозимого газа.
3.1. Обработка сигналов.
3.1.1. Система IAS.
3.1.2. Основы обработки измерительной информации
3.1.2.1 Достоверность исходных данных и аварийная сигнализация
3.1.2.2 Другие операции обработки данных
3.1.2.3 Структура данных для обработки измерений
3.1.3. Отображение и хранение данных.
3.2. Старение газа.
3.3. Разработка программы.
3.3.1 Интерфейс пользователя как средство работы со сложными
системами.
3.3.2 Проектирование интерфейса пользователя
3.3.2.1 Общие принципы
3.3.2.2 Кодирование
3.3.2.3 Отображение информации о процессе
3.3.3. Принцип вычисления.
3.3.4. Код программы.
им
ен
Глава 4. Технико-экономическое обоснование разработки программы
пользовательского интерфейса.
"Г
УМ
РФ
Глава 5. Безопасность жизнедеятельности
5.1. Анализ опасных и вредных факторов
5.2. Требования к планировке и размещению оборудования
5.2.1. Обеспечение электробезопасности в помещениях МКО
5.2.2. Требования к искусственному и естественному освещению
ВО
Заключение.
Ф
ГБ
О
У
Литература.
6
а"
Введение.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
Распределение на планете регионов интенсивной газодобычи не совпадает с
распределением регионов её интенсивного потребления. В связи с этим проблема
транспортировки газа была,
ещё долго будет оставаться актуальной.
Превалирующее место в мировой транспортировке газа занимает транспортировка
посредством газопроводов, однако не везде возможно и целесообразно их строить.
В связи с чем активно развивается газовый флот, в том числе и в России..
Темпы роста строительства газовозов в мировом флоте остаются достаточно
высокими, особенно газовозов для перевозки сжиженного прирдного газа, что
открывает для России хорошие перспективы.
В настоящее время заказывают постройку газовозов вместительностью 140-170
тыс. куб. м, для которых существуют устойчивые грузопотоки.
Судовладельцы заинтересованы в повышении эффективности использования
судов и добиваются этого различными путями. Современное развитие техники,
систем управления, автоматизации и контроля позволяют сделать вывод о том, что
уровень надёжности устройств достаточно высок.
Тем не менее, главным остаётся рыночный фактор, и можно с уверенностью
сказать, что в предстоящие годы спрос на сжиженный газ увеличится.
Следовательно, увеличится и количество заказов на строительство газовозов.
Учитывая вышесказанное, считаю обоснованным взять в качестве проектируемого
судна газовоз «Великий Новгород» вместительностью 170 тыс. куб. м,
предназначенный для перевозки сжиженного природного газа.
Целью данного дипломного проекта является решение задач, связанных с
разработкой системы коммерческого учета газа, узловым вопросом которого
является учет старения сжиженного природного газа.
7
а"
Глава 1. Газовозы. Классификация. Основные системы.
ов
1.1. Классификация газовозов.
ак
ар
1.1.1. Типы и группы газовозов.
.О
.М
Из экономических соображений, газы более выгодно перевозить в виде жидкостей, так
как вес сжиженного газа, в таком случае, будет примерно в 650 раз больше, чем вес его
С
в состоянии газовой фазы. Но, даже при перевозке газов в жидком состоянии, их
ла
относительная плотность будет довольно низка, например, для метана она составит
ми
ра
0,42, а для VCM - 0,97. Температура, при которой газ можно сконденсировать
находится в зависимости от давления, под которым находится газ. Поэтому,
ад
комбинация давления и температуры транспортировки газа учитывается при
проектировании и оборудовании судов для перевозки газа. Большинство коммерческих
им
ен
и
газов имеет плотность, которая составляет примерно половину плотности воды, и
грузовместимость будет определяться полезным объёмом грузовых танков судна. С
РФ
учетом температурных характеристик груза, давления, при котором он перевозится,
низкой плотности перевозимых грузов, конструктивно танкера-газовозы представляют
"Г
УМ
собой суда с высоким надводным бортом и сравнительно небольшой осадкой. Такие
особенности конструкции газовозов, совместно с воздействием свободной поверхности
ВО
жидкого груза, требуют повышенного внимания к остойчивости судов данного типа.[1]
ГБ
О
У
Все суда-газовозы можно разделить на 3 основные группы в зависимости от
давления и температуры грузов, которые судовые системы могут поддерживать в
Ф
грузовых танках в процессе перевозки:
• Напорного типа (без охлаждения груза);
• Полу-напорного типа (с частичным охлаждением груза);
• Рефрижераторного типа (с полным охлаждением груза, когда давление
насыщенных паров близко к атмосферному).
8
Кроме того, суда-газовозы можно дополнительно разделить на группы в
зависимости от вида перевозимых грузов:
1. LPG (LPG/NH 3 ) Груз перевозится под атмосферным давлением/под
частичным давлением паров паров/под полным давлением паров.
ов
а"
2. LEG (LEG/LPG/NH 3 ) Под атмосферным давлением/под частичным
ак
ар
давлением паров.
4. Хлоровозы (Сl2)Под полным давлением паров
.О
.М
3. LNG (LNG/LEG/LPG) Под давлением паров равном атмосферному
5. Комбинированные суда газовозы/химовозы (LEG/LPG/NH3/Chemicals) Под
частичным давлением паров.[1]
ла
С
Суда 1-й и 2-й группы обычно объединяют в одну группы, поскольку
ми
ра
конструктивно они похожи и единственная разница между ними - в материале,
используемом для изготовления танков, изоляции танков и в системе охлаждения
груза. Только из-за таких различий суда этиленовозы выделены в отдельную
ад
группу. Суда 3-й группы обычно используются только для перевозки природного
им
ен
и
газа, однако такие же суда, но меньших размеров, используются для перевозки и
нефтяных грузов и этилена, что позволяет более гибко использовать их на рынке.
Суда для перевозки хлора существенно выделяются из числа всех вышеупомянутых
РФ
типов газовозов в силу особых свойств хлора, который, не будучи взрывоопасным,
"Г
УМ
в то же время является чрезвычайно опасным для здоровья людей, даже в
незначительных концентрациях. [1]
ВО
Таблица 1. Зависимость типа газовоза от температуры груза и давления паров.
ГБ
О
У
Вид груза
Ф
n-butane
i-butane
Butadiene
Butene
VCM
Ammonia
Температура
Давление
Практические условия
кипения при
насыщенных
транспортировки
-0,5
-12
-5
-6
-14
-33
ф
4,3
Суда напорного,
5,2
5,2
5,2
6,8
17,8
полунапорного и
рефрижераторного типа
9
-43
-48
-89
15,5
18,4
Выше критической
Ethylene
-104
Выше критической
Methane/LNG
-161
Выше критической
Суда полунапорного или
рефрижераторного типа
Суда рефрижераторного
ов
а"
Propane
Propylene
Ethane
ак
ар
1.1.2. Конструкции грузовых танков.
.О
.М
Для перевозки сжиженных газов используются самые разнообразные конструкции
грузовых танков. При этом учитываются такие параметры как:
• Максимальное рабочее давление;
ла
С
• Максимальная температура груза;
ми
ра
• Конфигурация танка;
• Материал, используемый в конструкции танка.
ад
ИМО делит грузовые танки, используемые для перевозки сжиженных газов на 5
им
ен
1. Встроенные танки.
и
основных групп:
2. Мембранные танки.
РФ
3. Полумембранные танки.
4. Независимые танки типов А, В и С.
ВО
"Г
УМ
5. Танки с внутренней изоляцией.
ГБ
О
У
Мембранные танки
Мембранные танки не являются самонесущими (Self-supporting) и состоят из
тонкой мембраны, уложенной на изоляцию. Изоляция, в свою очередь,
Ф
располагается прямо на корпусе судна, так что давление в танке напрямую
передается конструкциям корпуса. Корпус же является основным несущим
элементом таких танков.[1]
10
а"
ов
ак
ар
.О
.М
Рис.1. Строение мембранных танков.
С
Если рассматривать тот слоеный пирог, который получается в результате такой
ла
конструкции танка ( рис.11), в направлении к грузу, то мы получим следующее:
ми
ра
• Борт судна;
им
ен
• Первичная изоляция;
и
• Вторичный барьер;
ад
• Вторичная изоляция;
• Первичный барьер;
• Груз.
РФ
Толщина первичной мембраны только 0,5 мм и изготавливается она из ИНВАР
"Г
УМ
стали (содержащей 36% никеля), коэффициент термального расширения которой
практически равен нулю. Поэтому проблемы термального сжатия или расширения
ВО
танка исключаются. Зачастую в виде изоляции используется ПЕРЛИТ - сыпучий
материал в виде крупы, состоящий из маленьких стеклянных шариков,
ГБ
О
У
наполненных воздухом. Рабочее давление таких танков, обычно, не превышает 0,25
Ф
бара.
11
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Рис.2. Строение мембранных танков на газовозе «Великий Новгород»
12
1.1.3. Материал, используемый для изготовления танков.
Для изготовления различных групп танков требуются специальные материалы. При
этом наиболее важным фактором при выборе материала является его структурная
а"
устойчивость к воздействию низких температур.
ов
Например:
ак
ар
• При изготовления грузовых танков для перевозки грузов с температурой -55°С
обычно используется углеродисто марганцевая сталь.
.О
.М
• Для грузов с температурой -65°С используется сталь с содержанием никеля
2,25%.
С
• Для грузов с температурой -90°С - сталь с содержанием никеля 3,5%.
ла
• Для грузов с температурой -165°С используется сталь с содержанием никеля
ми
ра
не ниже 9%, или же сплавы алюминия не теряющие свою прочность при очень низких
температурах.
ад
Мембранные танки изготавливаются из волнистых пластин специальной нержавеющей
и
стали (или из сплавов с нулевым коэффициентом термального расширения), что
им
ен
позволяет ей свободно сжиматься или расширяться. При планировании постройки того
или иного танка в расчет принимаются следующие условия и параметры:
РФ
• Давление внутри танка;
"Г
УМ
• Внешнее давление;
• Динамические усилия, возникающие при движении судна;
• Термальные воздействия;
ВО
• Возникновение гидравлических ударов внутри танка;
ГБ
О
У
• Изгибающие моменты судна;
• Вес элементов конструкций танка и вес груза;
Ф
• Вес изоляции танка;
• Сила Архимеда, воздействующая на танк, если свободное пространство
вокруг танка заполнено водой;
• Расстояние от корпуса судна до внешней оболочки танка.
13
Таблица 2. Состав инвара.
.О
.М
ак
ар
ов
а"
35 - 36.5 %
0.04 %
0.25 %
< 0.2 to 0.4 %
< 0.0015 %
< 0.008 %
Remainder
С
Ni
C
Si
Mn
S
P
Fe
ми
ра
ла
1.1.4. Изоляция грузовых танков.
При транспортировке грузов с температурой ниже -10°С требуется производить
ад
изоляцию грузовых танков, с тем, чтобы избежать воздействия низких температур на
корпус судна. Основная функция изоляции грузовых танков - снижение количества
им
ен
и
тепла, проникающего внутрь груза с целью уменьшения количества испаряющегося
газа и снижения давления внутри танка. Наиболее часто в качестве изоляции
• Полиуретан;
"Г
УМ
• Полистирол;
РФ
используются следующие материалы:
• Перлит;
ВО
• Бальса.
Передача тепла через изоляционный материал может происходить 3-мя путями:
ГБ
О
У
• Радиацией тепла.
Ф
• За счет теплопроводности твердых материалов изоляции.
• За счет теплопроводности воздушных барьеров или газов, находящихся в
изоляции. [1]
Использование большинства изоляционных материалов основано на
теплоизолирующей способности неподвижного воздуха. Теплопроводность
14
неподвижного воздуха составляет около 0,024 Вт/(м-К). В принципе все
изоляционные материалы изготавливаются так, чтобы воздух заполнял все поры
материала или находился между слоями различных материалов. Очень важно,
чтобы воздух оставался неподвижным, поскольку его движение приведет к
ов
ак
ар
изоляционного материала заключается в том, чтобы воздух был заключен
а"
конвекции, т.е. передаче тепла. Поэтому основная задача при создании
неподвижно в маленьких пространствах (порах) или же таким образом, чтобы
.О
.М
тонкие волокна материала задерживали молекулы воздуха. Теплопроводность
ячеистых, пористых материалов или волокнистых материалов в значительной
степени определяет общую теплопроводность изоляции. До тех пор, пока диаметр
С
пор или ячеек материала будет больше, чем длина свободного пути, совершаемого
ла
молекулой газа, но меньше, чем требуется для возникновения конвекции, величина
ми
ра
теплопроводности материала для данного газа, будет величиной постоянной. Если
же мы заменим воздух каким-либо газом, теплопроводность которого меньше
ад
теплопроводности воздуха, мы получим изоляционный материал с
им
ен
и
теплопроводностью ниже, чем теплопроводность неподвижного воздуха. Такие
материалы получают при использовании различных пластмасс или полиуретана, где
поры материала заполнены не воздухом, а парами фреона, у которого
"Г
УМ
РФ
теплопроводность ниже чем у воздуха.
1.1.5 Виды изоляционных материалов.
ВО
Все материалы, которые используются в судостроении в качестве изоляции,
можно разделить на 3 основных типа:
ГБ
О
У
• Твердые материалы, которые могут выдерживать значительные нагрузки и
использоваться в качестве поддержки танков в корпусе судна. Примером таких
Ф
видов изоляции могут служить некоторые породы дерева, которые используются в
качестве изоляционного материала (бальса, азоб) или же пластики с высокой
плотностью. Все эти материалы должны выдерживать нагрузки, которые
испытывает танк при термальных воздействиях.
15
• Эластичные материалы, такие как минеральная вата или пористые пластики
низкой плотности. Эластичные материалы наносятся на поверхность танка с
помощью клея и (или) различного крепежа, который обеспечивает надежное
ов
• Изоляционные материалы в виде порошка (такие как Перлит). При
а"
крепление изоляции к поверхности танка или же ко вторичному барьеру.
ак
ар
использовании порошковых материалов все пространство вокруг танка должно
быть заполнено изоляционным материалом. При этом изоляционный материал
.О
.М
изготовленный в виде порошка, легко (как
жидкость) заполняет в есь объём трюмного пространства или же вторичного
барьера. Материалы такого типа очень часто используются для изоляции танков на
ла
С
судах, перевозящих грузы под атмосферным давлением.[1]
ми
ра
Минеральная вата.
ад
Название «минеральная вата» объединяет целый ряд различных органических
и неорганических тонковолоконных материалов, которые можно также разделить на
им
ен
и
2 вида: стекловата и горная вата. Минеральная вата поставляется и используется в
виде листов или матов. Стекловата производится из расплавленного стекла, которое
РФ
при его вращении формирует очень тонкие (диаметром около 0,005 мм) волокна.
После того, как в массу стеклянных волокон вводится водоотталкивающий
"Г
УМ
скрепляющий материал (обычно некоторые виды пластмасс), масса затвердевает и
разрезается на листы или маты различной формы и размеров. Плотность стекловаты
ВО
составляет 18-20 кг/м3. Горная вата изготавливается из некоторых минералов,
которые плавятся при температуре около 1.600°С. Процедура производства волокон
ГБ
О
У
из такой массы та же самая, что и из стекла. В качестве скрепляющего материала
также используется пластик. Плотность каменной или горной ваты составляет 40-50
Ф
кг/м3 и более. Стекловата и горная вата могут использоваться также не в виде
листов, а в виде наполнителя, в таком случае использование скрепляющего
материала не требуется, однако плотность материала существенно увеличивается и
составляет уже около 100 кг/м3. [1]
16
Перлит.
Перлит изготавливается из губчатого вулканического камня. Основу
материала составляет кремний (71%) и окислы алюминия (16%). Природный
а"
материал содержит в своем составе около 3,5% воды, поэтому при его нагревании
ов
свыше 1.200°С вода вскипает и «раздувает» материал, образуя при этом множество
ак
ар
заполненных воздухом ячеек, которые увеличивают объём перлита в 10-20 раз. При
испарении воды происходит также отделение заполненных воздухом шариков и
.О
.М
материал «взрывается» с образованием мельчайших шариков, заполненных
воздухом. Размер таких шариков не более чем 3 мм в диаметре и они способны
С
выдерживать довольно большие механические нагрузки. Плотность перлита
ми
ра
ла
составляет около 50 кг/м3. [12]
Пористые пластики.
ад
В мире существует очень много пористых пластиков, однако, для изоляции
им
ен
только полиуретана и полистирола.
и
грузовых танков на газовозах, производители сами себя ограничили использованием
РФ
Полиуретан.
"Г
УМ
Наиболее важными элементами, составляющими полиуретан, являются
изоцианиды и полиол. Оба этих вещества производятся в жидкой форме,
ВО
изоцианиды больше походят на жирное масло, а полиол более напоминает лак. При
их смешивании с добавлением воды, начинается реакция с выделением большого
ГБ
О
У
количества теплоты. Атомы углерода, находящиеся в составе изоцианида
объединяютя с атомами водорода, находящимися в составе полиола, с выделением
Ф
углекислого газа. Из- за большого количества, выделяемого в процессе реакции
тепла, происходит нагрев углекислого газа и расширение материала с образованием
большого количества пены. Причем на 90% эта пена содержит в себе замкнутые
ячейки, заполненные газом. Теплопроводность материала довольно низкая и
составляет 0,03-0,045 Вт/(м-К). Причем величина теплопроводности примерно такая
17
же как и для многих пористых или мелковолокнистых природных материалов,
поскольку пузырьки материала заполнены углекислым газом. Если же эти пузырьки
заполнить фреоном (R11), то мы получим теплопроводность в 3 раза ниже. Сразу же
после застывания материала, происходит диффузия между углекислым газом и
ак
ар
100 дней. Однако при воздействии низких температур, может произойти
ов
а"
воздухом. Полная стабильность материала, после его отвердения, достигается через
конденсация газов в пузырьках материала, что приведет к падению давления в
.О
.М
ячейках. Поэтому следует предполагать значительный приток в ячейки воздуха из
атмосферы. Наилучший результат достигается при использовании изоляции из
полиуретана в случае размещения её между водонепроницаемыми переборками по
С
всей площади. Полиуретановая пена наносится распылением жидкого полиуретана
ла
на поверхности танка. При этом ценообразование начинается в момент контакта
ми
ра
жидкости с поверхностью танка и ведет к увеличению её объёма в 30-40 раз.
ад
Плотность полиуретановой пены составляет 40 кг/м3. [12]
им
ен
и
Полистирол.
Материал, который используется для производства полистирольной изоляции,
при расширении образует пену с огромным количеством ячеек (пузырьков),
РФ
заполненных газом. Для заполнения пузырьков используются различные газы,
"Г
УМ
которыми осуществляется продувка полистирола. Производство изоляции
осуществляется в 2 этапа. На первом этапе происходит образование в жидкости
ВО
пузырьков диаметром 1-6 мм, т.е. предварительное расширение материала. Затем
через 2-4 дня материал заливается в формы, где его расширение продолжается.
ГБ
О
У
После отвердевания материала образовываются блоки с зернистой структурой, где
каждые пузырек газа заключен в свою собственную оболочку. Для того, чтобы
Ф
завершить процесс затвердевания, необходимо подогреть пластик до необходимой
температуры (произвести вулканизацию). Для этого используется перегретый пар
или электрические нагревательные элементы.
1.1.6. Влажность изоляции.
18
Атмосферный воздух содержит в своем составе некоторое количество
водяных паров. Пары воды осаждаются на поверхностях с низкими температурами,
поэтому поверхность изоляции грузовых танков должна быть покрыта материалом
с очень низким коэффициентом диффузии, предотвращающим проникновение
ов
а"
паров воды внутрь изоляции. Однако даже если таким материалом покрыть
ак
ар
наружную поверхность изоляции, это не обеспечит 100% задержки паров воды.
Практически, такое требование выполняется покрытием мест крепления танков,
.О
.М
трубопроводов, куполов танков материалом с низким коэффициентом диффузии.
Главной характеристикой таких материалов является их способность противостоять
диффузии газов и способности к осаждению паров воды. Перлит, стекловата и
С
горная вата имеют очень низкий коэффициент защиты от диффузии газов, тогда как
ла
пористые пластики хорошо защищают танки от влаги. Если коэффициент диффузии
ми
ра
для воздуха составляет 1,0, то для перлита он будет равен 1,2 для минеральной ваты
1,4, а для пористых пластиков 50-170. Известны следующие способы
ад
предотвращения попадания влаги в изоляцию танков:
им
ен
и
• Покрытие изоляции полиэстерами, усиленными стекловолокном. Однако
такое окрытие легко разрушается и должно быть довольно толстым, с тем, чтобы
выдерживать значительные нагрузки.
РФ
• Покрытие изоляции битумами или асфальтом с использованием слоев
"Г
УМ
стеклоткани в качестве усиления.
Ф
ГБ
О
У
ВО
• Нанесение алюминиевой фольги непосредственно на пористый пластик. [1]
19
а"
ов
ак
ар
1.2. Газовоз «Великий Новгород».
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
Газовоз «Великий Новгород» был построен в 2014 году на верфи STX Offshore
and Shipbuiling Co., Ltd. Jinhae Shipyard Republic of Korea.
Предназначен для транспортировки сжиженного природного газа.
ГБ
О
У
Рис 3. Концепт-модель газовоза «Великий Новгород»
Ф
Судно состоит в классификационном обществе RS (Russian Maritime Register of
Shipping) и имеет следующий класс:
KM Ice2 AUT1 OMBO EPP ANTI-ICE LI. CCO ECO-S WINTERIZATION (-30)
Gas carrier type 2G (methane) and Dual Class with following second Class.
А также в LR(Lloyd’s Register) и имеет класс :
+100A1, Liquefied Gas Tanker, Ship type 2G, Methane in Membrane tanks,
Maximum Vapour Pressure 0.25 bar, Minimum Temperature minus 163°C ,ShipRight
20
(SDA, ACS(B)),*IWS, LI, EP (B, I, G, P, O), +LMC, UMS, NAV1, with the
descriptive notes of ShipRight (FDA Plus, CM, SCM), Ice Class (RMRS Ice 2)
Означает, что судно может ходить во льдах толщиной до 0,55 м ; способно управляться
без ручного управления в машине и ЦПУ, одним человеком с мостика. Способно
ов
а"
работать при температурах до -30 С. Для перевозки средне опасных грузов типа метана.
ак
ар
1.3. Основные системы газовозов.
.О
.М
Конструктивно все грузовые системы предназначены минимизировать протечки
груза из танков и трубопроводов. Это обеспечивается следующим:
С
• Выбором необходимых материалов для их изготовления и контролем.
ла
• Всесторонней проверкой танков и главных составляющих оборудования.
ми
ра
• Соответствующим расположением систем и оборудования.
1.3.1. Системы трубопроводов.
ад
Сжиженные газы грузятся на борт и выгружаются на берег при помощи судовых
им
ен
и
грузовых трубопроводов. Системы трубопроводов позволяют также обеспечить
вентиляцию и инертизацию грузовых танков, нагрев и охлаждение груза. Системы
полностью закрыты и не допускают протечек газа из трубопроводов или же
РФ
попадания воздуха внутрь трубопроводов. Системы трубопроводов могут быть
"Г
УМ
сообщены с атмосферой только при помощи специальных фланцевых соединений
или клапанов (соединения с вентиляционной мачтой). Все трубопроводы,
ВО
предназначенные для транспортировки газов под давлением, оборудованы
специальными предохранительными клапанами пружинного типа, которые
ГБ
О
У
позволяют стравливать избыточное давление в трубопроводах на вентиляционную
мачту. Все трубопроводы и фланцевые соединения изготавливаются из легированной
Ф
стали, содержащей никель, что позволяет им выдерживать низкие температуры при
транспортировке грузов, предусмотренных конструкцией судов. Грузовые
трубопроводы имеют температурные компенсаторы, что позволяет избежать
чрезмерных нагрузок при термальном сжатии или расширении грузовых танков и
21
самих трубопроводов. Системы трубопроводов, которые предназначены для грузовых
операций, можно объединить в следующие группы:
• Трубопроводы для жидкой фазы груза;
• Трубопроводы для газовой фазы груза;
ов
а"
• Трубопроводы охлаждающей системы (забортной воды);
• Трубопроводы различных вспомогательных систем.
ак
ар
• Трубопроводы для инертного газа и вентиляции танков;
.О
.М
• Системы грузовых трубопроводов могут быть также разделены на судне на 2
или более групп. Это означает, что судно может перевозить два и более грузов
одновременно. Такая система (если необходимо) может быть разделена на
ла
С
несколько групп с помощью специальных съёмных проставок с фланцами,
ми
ра
«катушек». Такое разъединение системы необходимо в том случае, если судно
готовиться к перевозке нескольких партий груза одновременно. Этот вид
разобщения грузовых магистралей исключает смешение грузов в процессе их
ад
погрузки-выгрузки и транспортировки. Основные грузовые магистрали
им
ен
и
(манифолды или кроссоверы) располагаются в средней части грузовой палубы
судна, отдельно для паров и для жидкости.
• Жидкостная грузовая магистраль соединена с погрузочной магистралью
РФ
каждого танка, а также с грузовыми и бустерными насосами.
"Г
УМ
• Газовая магистраль соединена с системой газоотвода грузовых танков и с
системой охлаждения груза.
ВО
• На судах, перевозящих грузы при полном давлении, грузовая система очень
проста и обычно состоит из погрузочно-разгрузочного трубопровода и
ГБ
О
У
трубопровода газоотвода. На судах такого типа не устанавливаются системы
Ф
охлаждения груза или грузовые насосы, поскольку груз перевозится при
температуре окружающей среды, а выгрузка осуществляется выдавливанием
груза за счет создания избыточного давления в танке. Создание необходимого
давления производится либо судовым, либо береговым компрессором.Грузовая
система на судах, перевозящих грузы частично под давлением, грузовая система
22
более сложная. Помимо системы охлаждения груза, такие суда оборудуются еще
и грузовыми насосами и системой подогрева груза в море или же во время
выгрузки и т.д. и т.п.Суда, перевозящие полностью охлажденные грузы, имеют
почти такую же грузовую систему, как и суда, перевозящие газы под частичным
ов
а"
давлением. Однако некоторые системы, кроме системы охлаждения груза, на
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
таких судах не используются.
23
(200)
CG628 CG627
ак
ар
C
ов
а"
• Рис 4. Система трубопроводов
(80)
2
(300)
CG611
(600)
(300)
CG615
(8
(600)
FY
8.54
(80
SP- 05
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
F
.О
.М
F
24
1.3.2. Система охлаждения груза
Большая разница температур между грузовыми танками и окружающим их
пространством обусловливает приток теплоты от окружающей среды в грузовые
а"
танки. В результате этого груз закипает и начинает испаряться. Если парам груза
ов
нет выхода из танка, то давление над поверхностью жидкости будет повышаться,
ак
ар
также как и температура груза. Дополнительная теплота, поступающая в танк, будет
использована на нагрев жидкости. Если танк сконструирован таким образом, что
.О
.М
может выдерживать высокое давление, процесс нагрева груза будет продолжаться
до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой окружающей среды.
С
Например, если пропан в танке нагреть до +30°С, то давление в танке поднимется до
ла
11 бар. Однако многие танки не предназначены для того, чтобы выдерживать такое
ми
ра
высокое давление. Чтобы удержать давление и температуру в танке в пределах
нормы, возникает необходимость убрать из танка пары газа, образовавшиеся при его
ад
кипении, сконденсировать их и вернуть обратно в танк. Такой процесс
им
ен
и
осуществляется, установкой на судне системы по повторному сжижению газа. [13]
Система повторного сжижения газов.
РФ
Сущность работы установки по повторному сжижению газа (охлаждению и
"Г
УМ
конденсации выпара) сводится к отводу излишнего тепла из грузового танка и
передаче его охлаждающему агенту при помощи теплообменника, такая операция
ВО
позволяет избежать потерь груза при его т р анспортировки..
При этом охлаждение груза осуществляется не за счет сброса конденсата (конденсат
ГБ
О
У
после дросселирования имеет ту же самую температуру, что и груз в танке), а за счет
понижения давления в танке и, следовательно, понижения температуры кипения
Ф
груза.
Состав и принцип работы установки по повторному сжижению газа зависит от
размеров судна и типа грузов, для перевозки которых судно предназначено. В
основном используются 3 вида систем повторного сжижения:
25
• Прямого сжижения;
• Непрямого охлаждения;
• Каскадные системы сжижения.
ов
а"
Непрямое охлаждение.
ак
ар
Основное отличие системы непрямого охлаждения в том, что груз сам по себе не
используется как охлаждающий агент. Такие системы обычно закрытого типа, где в
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
качестве охлаждающего агента в системе сжижения используется R22 или Этанол.
РФ
Рис.5. Насосная и безнасосная системы охлаждения.
"Г
УМ
На газовозах обычно используются следующие виды непрямого охлаждения груза:
• Охлаждение внешней поверхности грузового танка с помощью
ВО
специальной
ГБ
О
У
системы охлаждения.
• Охлаждение жидкого груза при помощи палубных теплообменников.
Установки повторного сжижения, действующие по схеме непрямого
Ф
охлаждения более безопасны, чем установки с прямым сжижением. В настоящее
время используются насосный и безнасосный варианты (рис. 15). В насосном
варианте груз с помощью насоса прогоняется через теплообменник и возвращается
в танк. Безнасосный метод предусматривает расположение охлаждающих
26
змеевиков в верхней части танка, или же их расположение снаружи танка. Принцип
действия УПСГ (Установка Повторного Сжижения Газов) дан в разделе «
Установки повторного сжижения». [2]
ов
а"
1.3.3. Система инертного газа.
ак
ар
Понятие «инертный газ» определяет смесь газов или газ, которые не вступают в
химическую реакцию с взрывоопасными парами и не поддерживает процесс горения.
.О
.М
Инертный газ на борту судна может быть получен при помощи эффективного
сжигания дизельного топлива в так называемом «генераторе инертного газа»
С
(рис.16.) с образованием как можно более низкого содержания серы в выхлопных
ла
газах. При таком сжигании содержание кислорода в выхлопных газах очень мало -
ми
ра
около 0,5%, и основные составляющие инертного газа - это азот (84-85%) и
углекислый газ (14-15%). Инертный газ также содержит небольшие количества
ад
сажи, паров воды, и окислов азота и серы. Для очистки его от сажи и окислов серы
инертный газ должен пройти через специальные фильтры и систему охлаждения
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
(промывочную башню или скруббер). [1]
27
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
BCL302
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Рис. 6. Система инертного газа.
28
Прямой контакт выхлопных газов с забортной водой в скруббере (рис.7)
приводит к его значительному охлаждению, если на выходе из горелки газ
имеет температуру около +800°С, то на выходе из скруббера его
ов
воды. Взаимодействуя с водой, окислы серы образуют серную кислоту,
а"
температура всего лишь на 5 градусов выше, чем температура забортной
ак
ар
которая вымывается из газа вместе с конденсатом. Однако содержание
кислорода в инертном газе после прохождения промывочной башни
.О
.М
несколько увеличивается из-за наличия в воде свободных молекул
кислорода. После очистки газа в скруббере его относительная влажность
составляет 100% при данной температуре. А минимальные, требования,
С
предъявляемые к влажности инертного газа определяют его точку росы не
ла
выше +5°С, поэтому газ необходимо охладить. При температуре точки росы
ми
ра
+5°С содержание воды в атмосфере составляет 7 г/м3. После прохождения
инертным газом фреонового холодильника и селикагелиевых осушительных
ад
колонн, его точка росы может быть снижена до -20°С. Такая осушка газа
им
ен
и
необходима, чтобы избежать образования льда в системах и грузовых танках
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
при погрузке грузов с низкой температурой транспортировки.
Рис. 7. Скруббер.
29
После очистки и осушки инертный газ будет иметь следующий состав:
ов
Кислород
Угарный газ
Водород
Окислы серы
Окислы азота
Углекислый газ
Азот
ак
ар
Содержание
не более 0,5%
не более 0,1%
не более 0,1%
не более 10 ррм
не более 100 ррм
около 14%
около 85%
.О
.М
Компонент
а"
Таблица 3. Состав инертного газа после очистки.
После очистки и охлаждения инертный газ подается в систему грузовых
ла
С
трубопроводов и грузовые танки.
ми
ра
Международные требования, предъявляемые к системе инертных газов.
Правила установки и использования системы инертных газов определены в
ад
Кодексе ИМО для газовозов. Если судно перевозит взрывоопасные газы,
и
система инертных газов должна быть использована для того, чтобы
им
ен
минимизировать возможность образования взрывоопасных концентраций
горючих газов в танках или трубопроводах в процессе дегазации. Более того,
РФ
система трубопроводов инертного газа должна обеспечивать такой процесс
"Г
УМ
инертизации, при котором не происходит образования «мертвых зон» и
«карманов», содержащих взрывоопасные смеси газов. Кодекс ИМО
предъявляет также требования к инертизации или заполнению трюмных
ВО
пространств и промежуточных барьеров сухим воздухом, в зависимости от
ГБ
О
У
того, что необходимо при транспортировке данного груза. Система
инертных газов должна быть оборудована невозвратными клапанами,
Ф
предотвращающими попадание горючих паров в установку инертного газа, а
также обеспечивающими избыточное давление в магистрали инертного газа.
В отличие от систем ИГ, устанавливаемых на нефтяных танкерах, системы
ИГ газовозов не имеют палубных водяных затворов. Причина этого очевидна
- низкие температуры перевозимых грузов. Система инертных газов должна
30
быть оборудована устройством, обеспечивающим постоянный контроль за
содержанием кислорода в инертном газе, которое никогда не должно
превышать 5% по объёму. При превышении этой концентрации кислорода,
должна срабатывать система оповещения и сигнализации. Более того, при
ов
ак
ар
содержания кислорода в его составе, должно быть обеспечено
а"
снижении давления в трубопроводах инертного газа и повышении
Принцип работы системы инертного газа.
.О
.М
автоматическое отключение системы инертного газа от потребителя.
С
На рисунке 16 схематично изображена система инертного газа. В камере
ла
сгорания происходит сжигание дизельного топлива при возможно низком
ми
ра
содержании кислорода, что обеспечивает полное сгорание топлива и
минимальное содержание кислорода в инертном газе. Охлаждение камеры
ад
сгорания осуществляется с помощью пресной воды. Из камеры сгорания
газы поступают в промывочную башню, где происходит его очистка и
им
ен
и
охлаждение с помощью распыленной забортной воды. Очень важно
поддерживать определенный уровень забортной воды в скруббере. После
РФ
очистки инертный газ должен пройти через фреоновый охладитель, где его
температура понижается до +5°С и происходит отделение водного
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
конденсата.
31
Рис. 8. Схема работы системы инертного газа.
И, наконец, заключительный этап - это окончательная просушка инертного
газа с помощью силикагеля (рис.18). В осушительных колоннах происходит
ак
ар
колонны, которые используются попеременно. Когда одна колонна
ов
точку росы с +5°С до -60°С. Обычно используется две осушительные
а"
окончательное удаление влаги из инертного газа, что позволяет снизить
находится в работе, в другой в это время происходит регенерация
.О
.М
силикагеля. Система инертного газа может также использоваться для
получения «сухого воздуха». При этом нагнетательные вентиляторы системы
С
инертного газа используются в обход генератора инертных газов.
ла
Подсоединение системы инертного газа к грузовым трубопроводам должно
ми
ра
быть обеспечено с помощью шланга или специального съёмного соединения,
что обеспечивает полное изолирование установки инертного газа от
ад
проникновения в нее опасных паров, если система не используется.
им
ен
и
По окончании процесса инертизации съемное соединение ДОЛЖНО
БЫТЬ УДАЛЕНО и используемые трубопроводы заглушены.
РФ
Из-за опасности проникновения горючих паров в установку инертного газа,
"Г
УМ
перед каждым её использованием необходимо проверять состояние и работу
ВО
системы невозвратных клапанов.[2]
ГБ
О
У
Использование инертного газа.
Ф
Главное использование инертного газа - предотвращение образования
внутри грузовых танков и трубопроводов возникновения взрывоопасной
концентрации горючих газов. Это осуществляется постоянным
поддерживанием содержания кислорода и горючих газов в атмосфере танка
вне пределов взрываемости в соответствии с Картой взрывоопасных
32
концентраций для данного продукта. (Смотри «Использование приборов по
контролю атмосферы в танках»).
Использование инертного газа при перевозке Аммиака ЗАПРЕЩЕНО из-за
ак
ар
Наличие таких солей может привести к блокированию клапанов,
ов
образованием солей, таких как аминокарбонаты и аминонокарбоматы.
а"
того, что он вступает в химическую реакцию с углекислым газом, с
трубопроводов и т.д.[3]
.О
.М
1.3.4 Использование азота на газовозах.
С
Перед погрузкой продуктов, которые требуют очень низкого содержания
ла
кислорода в атмосфере танка (бутадиен, VCM и т.д.) танки должны быть
ми
ра
продуты азотом с берега. Некоторые суда, перевозящие пропилен оксид
оборудуются системой автоматической подачи азота в грузовые танки.
ад
Поскольку азот имеет свойство частично растворяться в грузе, то в процессе
перевозки пропилена оксида, давление азотной подушки в танке падает и
им
ен
и
возникает необходимость подачи дополнительного азота в танк. Система
автоматической подачи азота состоит из 28 азотных баллонов (50 литровые с
РФ
давлением 160 бар), трубопроводов и регулировочных клапанов, которые
срабатывают при понижении давления в системе ниже 0,35 бар. При
"Г
УМ
выгрузке пропилена оксида азот подается с берега для поддержания
позитивного давления в танке. По окончании выгрузки, выпаривание
Ф
ГБ
О
У
ВО
остатков груза также производится горячим азотом. [11]
33
Рис. 9. Азотный генератор.
PD
T
XAI
Con
Pan
TA
X AI
TI
PS
P
A
X
54
PD
MA
8
M
P
X
U
5.3
T
AIC
TD
TA PA
TA
TI
X
X
P
X
P
FI
AA
MA
PS
M
P
FY
X
X
P
X
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
X
TA
FI
AA
8
С
I
A
TA PA
ми
ра
X
TD
AIC
8 0
ов
A
X
54
ак
ар
TA
U
5.3
.О
.М
Con
Pan
а"
XI XI X I X
8 8 8
8
ла
I
34
Небольшое количество газовозов оборудовано установками по производству
азота на борту судна из атмосферного воздуха. Используется две
разновидности таких систем:
• Система PSA (Pressure Swing Absorption) основанная на поглощении
ов
а"
кислорода воздуха специальными молекулярными фильтрами с активным
ак
ар
углеродом. Причем чистота получаемого азота довольно высока, содержание
в нем кислорода не превышает 4 ррм.
.О
.М
• Система, основанная на разнице скоростей молекул при
прохождении мелковолокнистого фильтра ( рис.19). Молекулы кислорода,
С
воды и углекислого газа проходят такие фильтры беспрепятственно, а вот
ла
молекулы азота задерживаются внутри фильтра и отводятся в специальное
ми
ра
хранилище.
ад
1.3.5. Система подогрева груза.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
Иногда возникает необходимость в подогреве груза до температуры
несколько выше той, чем при его транспортировке. Такая необходимость
возникает, если береговые приемные сооружения предназначены для
хранения газов под полным давлением, и системы трубопроводов
изготовлены из материалов не предназначенных для столь низких
температур. Для того чтобы произвести нагрев груза суда оборудуются
палубным теплообменником (рис.20), где подогрев груза происходит за счет
его теплообмена с забортной водой. На переходе морем груз может быть
частично нагрет (не выше чем соответствующее установочное давление
предохранительных клапанов) при прокачке груза через подогреватель и
сбросе его обратно в танк.
В теплообменнике газ проходит через внутренние трубки малого
диаметра, а забортная вода свободно омывает эти трубки. Для того, чтобы
вода в теплообменнике не замерзала, устанавливается температурный датчик
и система сигнализации, которая срабатывает при достижении забортной
водой определенной температуры (+5°С). При этом происходит
автоматическое отключение бустерного насоса и прекращается поступление
груза в теплообменник.
Каждый теплообменник (подогреватель) имеет характеристики своей
производительности, которые могут быть даны в графической или табличной
форме (рис. 21). Некоторые суда, предназначенные для перевозки нефтяных
газов, оборудуются дополнительно еще и паровым подогревателем. В таком
подогревателе груз проходит через ряд трубок небольшого диаметра, а пар
35
а"
подается во внешний контур обогревателя. Правда из-за низкой теплоотдачи
пара подогрев груза не может быть произведен с интенсивностью,
обеспечивающей полноценную скорость выгрузки, однако, паровой
подогреватель может быть успешно использован для нагрева паров груза во
время выгрузки для предотвращения образования вакуума в танке или же при
выпаривании остатков груза из грузовых танков.
1.3.6. Система сжатого воздуха.
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
Дек-танк.
На некоторых газовозах устанавливаются дополнительно палубные
танки (один или более) для хранения в них груза (в основном пропана или
аммиака). Идея установки таких танков заключается в том, чтобы сэкономить
время при смене одного груза другим. Грузовые танки могут быть продуты
после инертизации парами груза из дек-танка. Обычно объём этих танков
около 30-40 м3 и они выдерживают давление от 15 до 18 бар. Хранение газа в
них осуществляется при температуре окружающей среды, поэтому
необходимо очень строго придерживаться требований ИМО по пределам
заполнения таких танков.
ад
Система сжатого воздуха на газовозах используется для обеспечения работы:
им
ен
и
• Системы аварийной остановки (ESD - Emergency Shut Down);
• Контрольных систем;
• Сервисных систем;
РФ
• Индивидуальных систем открытия и закрытия клапанов;
"Г
УМ
• Аварийного закрытия клапанов;
• Системы охлаждения;
ВО
• Системы орошения;
Сжатый воздух подается из машинного отделения в палубный
ГБ
О
У
трубопровод через специальный осушитель, который обеспечивает
Ф
температуру точки росы в воздухе около -40°С. В осушителе, который для
этого используется, обычно применяется метод химического удаления
влаги. На палубе воздух по сервисному трубопроводу поступает на
клапанные распределители приводов системы аварийной остановки и
36
системы водяного орошения. Сервисный воздух используется также для
подачи на управляющие клапана системы охлаждения груза.
1.3.7. Система аварийной остановки.
ак
ар
береговые трубопроводы могли быть закрыты дистанционно. Такая
ов
а"
Международные правила требуют, чтобы газовые и жидкостные судовые и
необходимость может возникнуть в случае обрыва или протечек грузового
.О
.М
шланга, стендера, трубопровода, пожара и т.д. Дистанционное закрытие
обеспечивается использованием грузовых клапанов с пневматическим
С
приводом.[8]
ла
Система должна обеспечивать открытие клапанов при наличии давления в
ми
ра
пневматике, а при падении давления в системе пневматики ВСЕ
ад
КЛАПАНА ДОЛЖНЫ ЗАКРЫВАТЬСЯ ОДНОВРЕМЕННО (ESD).
и
Пульты активирования системы аварийной остановки должны быть
им
ен
расположены таким образом, чтобы аварийную остановку можно было
произвести из различных стратегически важных мест судна:
РФ
• Лобовая переборка надстройки;
"Г
УМ
• Машинное отделение;
• Ходовой мостик;
• Компрессорное отделение;
ВО
• Район манифолдов;
ГБ
О
У
• Купола танков;
• Полубак;
Ф
Система управления аварийной установкой также должна оборудоваться
плавкими предохранителями, которые плавятся при достижении
температуры 100°С обеспечивают падение давления в сервисном
трубопроводе и активируют систему аварийной остановки. Более того,
обычно устанавливаются два прессостата, которые также приводятся в
37
действие системой управляющего воздуха. Срабатывание прессостатов
обеспечивает остановку всех компрессоров, грузовых и бустерных насосов
во время падения давления управляющего воздуха, то есть при срабатывании
системы ESD. Сервисный или управляющий воздух подается также ко всем
ак
ар
клапанов, которые обеспечивают открытие при наличии давления в
ов
а"
пневматическим приводам. Все приводы управляются при помощи тройных
воздушном трубопроводе и стравливание давления в сервисном
.О
.М
трубопроводе, когда управляющее давление падает. При нормальной работе
система обеспечивает возможность ручного открытия и закрытия любого
клапана, что также осуществляется с помощью тройных клапанов,
С
установленных на пневматических приводах. При срабатывании системы
ла
аварийной установки, все открытые клапан закрываются, а компрессора и
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
насосы останавливаются. [8]
38
Рис 10. Система ESDS.
Cargo Switc
.О
.М
ак
ар
Sol Valve B
ов
а"
Cargo Switc
Regend
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
NO : Normal Open C
NC : Normal Close C
CCR : Cargo Contro
IS : Intrinsically Saf
39
1.3.8. Система водяного орошения.
Все поверхности газовоза, которые находятся в контакте с взрывоопасными
грузами, в процессе эксплуатации, должны находиться при температуре,
а"
которая исключает самовоспламенение газов. Для того, чтобы предотвратить
ов
чрезмерный нагрев таких поверхностей все газовозы оборудуются системами
ак
ар
водяного орошения, которая должна перекрывать:
• Купола танков;
.О
.М
• Манифолды;
• Лобовую переборку надстройки;
С
• Помещение компрессоров;
ла
• Палубные помещения, расположенные в опасной зоне.
ми
ра
Запуск системы орошения должен осуществляться из нескольких
стратегически важных мест судна, как в районе грузовой палубы, так и за её
ад
пределами. Как и система аварийной установки, система орошения имеет
и
плавкие предохранительные вставки, которые расположены в наиболее
им
ен
важных и опасных местах грузовой палубы, что обеспечивает
автоматическое срабатывание системы орошения при нагреве этих
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
предохранителей свыше 100° С. [3]
40
Глава 2. Оборудование для измерения объемов груза. Система
коммерческого учета перевозимого газа.
2.1. Оборудование.
ов
предназначены для обеспечения безопасной эксплуатации всех систем
а"
Оборудование, и инструменты, которые используются на борту газовоза,
ак
ар
газовоза. Количество такого оборудование и приборов контроля очень
значительное, поэтому многие большие суда имеют пост управления
.О
.М
грузовыми операциями (ПУГО) за пределами жилой надстройки. Однако
ПУГО располагается таким образом, чтобы он составлял единое целое с
надстройкой и считался пожаробезопасным помещением.
ла
С
Из ПУГО обеспечивается контроль наиболее важными грузовыми клапанами
ми
ра
и системами. Также там расположены системы дистанционного контроля за
параметрами грузовых насосов, давлением и температурой груза в танках,
ад
уровнем груза в танках и т.д. ПУГО должен быть оборудован механической
вентиляцией, обеспечивающей избыточное давление внутри помещения,
им
ен
и
также как и в электромоторном отделении компрессоров, обязательным
условием является также наличие воздушного шлюза между грузовой
палубой и входом в ПУГО. Воздухозаборники должны быть расположены
РФ
таким образом, чтобы избежать засасывания опасных газов внутрь системы
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
вентиляции. [7]
41
2.1.1. Индикаторы уровня груза в танках.
Устройства, которые используются для замеров груза в грузовых танках,
а"
имеют большое значение в обеспечении безопасности операций с грузом,
ов
защите окружающей среды и в коммерческом плане, поскольку точность
ак
ар
работы таких устройств определяет правильность подсчета количества груза
на борту. На современных судах используются самые различные системы по
.О
.М
определению уровня груза в танках и его температуры - наиболее важных
параметров при определении количества груза на борту. Но несмотря на
С
множество довольно точных и надежных способов замера параметров груза
ла
многие сюрвейерские компании предпочитают, когда это возможно
ми
ра
производить ручные замеры груза (применительно к газовозам и химовозам).
Рассмотрим более подробно основные способы замеров груза, которые
ад
применяются на современных газовозах.
им
ен
и
2.1.2. Механическое поплавковое устройство.
В устройствах данного типа измеряющим элементом является поплавок,
РФ
закрепленный на мерительной ленте. Сила тяжести, воздействующая на
"Г
УМ
поплавок, частично компенсируется за счет плавучести поплавка и частично
за счет специального балансировочного устройства, которое располагается в
ВО
верхней части мерительной машинки (см. рис 22). Поплавок может быть
подсоединен к мерительной ленте механически, или же с помощью
ГБ
О
У
магнитов. Мерительная лента через систему направляющих и блоков
позволяет считывать в специальном окне показания замеров. Барабан, на
Ф
который наматывается лента, закреплен в корпусе мерительной машинки с
помощью компенсаторной пружины, которая и уменьшает силу тяжести,
воздействующую на поплавок. За счет этой пружины происходит
синхронный подъём поплавка и уровня жидкости в танке без образования
«слабины» мерительной ленты. В некоторых системах компенсаторная
42
пружина уменьшает и воздействие веса мерительной ленты на поплавок в
зависимости от её длины. Недостаток такой системы в том, что необходимо
учитывать величину удерживающей силы поплавка, т.е. его плавучесть, в
зависимости от плотности жидкости, поскольку поплавок и лента
ак
ар
температуру. Устройство для считывания замеров может быть как
ов
а"
мерительной машинки калибруются на определенную плотность груза и
механического, так и электронного типа, что позволяет в любом случае
С
2.1.3. Ультразвуковые мерительные устройства
.О
.М
передавать полученные сигналы на дистанционный дисплей в ПУГО.
ла
Устройства такого типа (рис.25) охватывают целый ряд систем, работающих
ми
ра
по принципу эхолокации. Приемник и передатчик сигналов располагаются в
верхней или в нижней частях танка. Принцип действия таких систем
ад
основан на измерении времени возвращения отраженного сигнала. Приборы
и
такого типа достаточно надежны, однако при перевозке грузов, пары
им
ен
которых имеют тенденцию образовывать кристаллы при низких
температурах (параксилол, диметил бензин и пр.), данные мерительные
РФ
устройства дают сбои, поскольку на поверхности приема-передатчика
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
образуется налет кристаллов груза, который искажает сигнал. [4]
43
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Рис. 11. Датчик акустического измерения уровня в танке.
44
2.1.4. Датчики температуры.
Температурные датчики, которые устанавливаются в танках обычно так называемого
а"
«резисторного» типа обеспечивающие хорошую точность показаний температуры. Их
ов
действие основано на изменении сопротивления платиновой нити, при изменении
ак
ар
окружающей температуры. Обычно температурные датчики устанавливаются в танке
на 3-х уровнях (2 в жидкой фазе груза и один в газовой) с тем, чтобы обеспечить более
.О
.М
точное измерение температуры груза в танке Более того, на судах постройки после
1986 требуется устанавливать ещё один термометр непосредственно в колодце
С
грузового танка, что позволяет контролировать процесс выпаривания остатков
ла
груза и процесс захолаживания танка.[4]
ми
ра
2.1.5. Датчики давления.
ад
Датчики давления - обычные манометры с высокой точностью. На судах,
перевозящих грузы под частичным давлением, устанавливаются 2 манометра.
им
ен
и
Один для измерения высокого давления, а другой - для измерения вакуума. Все
оборудование, которое используется для контроля параметров груза, должно быть
РФ
соответствующим образом откалибровано и сертифицировано. Калибровка должна
производиться в соответствии с требованиями завода-изготовителя, но не реже,
"Г
УМ
чем один раз в год.[4]
ВО
2.1.6. Система гликоля.
ГБ
О
У
Для охлаждения или нагрева компрессоров существует специальная
дополнительная система, в которой происходит рециркуляция гликоля (или его
Ф
водного раствора). Необходимая температура в системе поддерживается с
помощью автоматического регулятора температуры. Нагрев гликоля
осуществляется при помощи электрического теплообменника, расположенного в
электромоторном отделении или же с использованием пара. Для охлаждения
системы гликоля служит теплообменник, где охлаждение осуществляется за счет
45
забортной воды. Эта система может также использоваться для нагрева груза в
испарителе или для его охлаждения в конденсаторе.
ов
Очень часто, при перевозке нефтяных газов, в танках образуются кристаллы
а"
2.1.7. Система инжекции алкоголя.
ак
ар
гидратов, которые могут привести к блокировке трубопроводов и грузовых насосов.
Кристаллы гидратов образуются при присоединении молекул воды к молекулам
.О
.М
углеводородов, но связи между молекулами довольно слабые и могут существовать
только при минусовых температурах. Следовательно, необходимо ввести в груз
С
вещество, которое более активно, чем углеводороды, взаимодействует с
ла
молекулами воды. Для того чтобы предотвратить образование твердых кристаллов
ми
ра
гидратов в танках в наиболее опасные точки грузовой системы (в плане
образования гидратов) вводится небольшое количество этанола или метанола,
ад
которые связывают молекулы воды и разжижают твердые образования в танке.
Система инжекции алкоголя состоит из танка, в котором находится метанол или
им
ен
и
этанол (обычно около 150 литров) системы трубопроводов и небольшого
пневматического насоса, обеспечивающего подачу алкоголя в систему. Всегда
РФ
следует помнить, что сжиженные газы имеют строгие требования по предельному
содержанию в них алкоголей. Поэтому прежде чем вводить в танк метанол или
"Г
УМ
этанол, следует убедиться в том, что вы не испортите груз.[4]
ВО
2.1.8. Система контроля атмосферы.
ГБ
О
У
Для того чтобы вовремя обнаружить утечки газа, все газовозы оборудуются
Ф
системами газового контроля (Gas Detection System). Система представляет собой
сеть пробоотборников, указатель содержания взрывоопасных концентраций газов
(обычно используется прибор, основанный на поглощении молекулами
углеводорода инфракрасного излучения, но может быть использован и обычный
эксплозиметр), систему оповещения и сигнализации. Пробы газа должны
46
отбираться из всех узловых точек судна, представляющих опасность в пожарном
отношении:
• Помещения полубака, компрессорное отделение;
• Купола танков;
ов
а"
• Район манифолдов;
ак
ар
• Вход в помещения надстройки;
• Машинное отделение;
.О
.М
• Камбуз и т. д.
Периодичность отбора проб из каждой точки не должна превышать 30 мин.
Каждый пробоотборник должен быть оборудован своим, отдельным воздуховодом
ла
С
к измерительному прибору. Если уровень содержания углеводородов превысит
ми
ра
30% от НПВ, должна сработать сигнализация. Пульт контроля и панель управления
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
системой обычно располагается на ходовом мостике. [4]
47
Рис 12. Gas detection system.
а"
t
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
R
t R
Repeate
48
2.2. Судовая информационно - измерительная система газовоза.
2.2.1. Меры и средства защиты от пожаров и взрывов на газовозах.
Электростатическая защита судна.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Защита обеспечивается следующими конструктивными мероприятиями:
Применение закрытого способа погрузки и выгрузки нефти и нефтепродуктов
через грузовые трубопроводы для исключения при грузовых операциях
разбрызгивания жидкости и попадания в неё воды и воздуха;
Оборудованием всех грузовых и отстойных танков системой инертных газов
для предупреждения взрывов и пожаров в танках при перевозке нефтепродуктов,
грузовых операциях и мойке грузовых танков;
Оборудованием всех грузовых и отстойных танков и цистерны сбора
остатков груза системой газового анализа для контроля за концентрацией
кислорода и углеводородов в атмосфере танков и цистерн;
Созданием равномерного растекания жидкости при загрузке грузовых танков
без разбрызгивания за счет особой конструкции грузовых колодцев, оптимального
расположения в них наконечников приемного трубопровода и выбора сечения его
отростков для предотвращения электризации в танках нефтепродуктов при их
погрузке с различными скоростями потоков;
Антистатическим заземлением:
-грузового устройства шланговых операций;
-механизмов грузовой и зачистной систем;
-стандартных уровнемеров;
-трубопроводов в грузовом насосном отделении;
Использованием в грузовых, при замерах уровня груза, танках и цистернах
металлических футштоков и рулеток, выполняемых из искробезопасных
материалов;
Заземлением корпуса судна для выравнивания потенциала между судном и
берегом с целью уменьшения интенсивности искрения при шланговке.
В ряде случаев условия эксплуатации судов таковы, что избежать генерирование
и концентрацию на их борту значительного количества зарядов янтарного
электричества практически не возможно. Часто бывает не возможно снизить
нужной степени скорость прокачки жидких грузов по судовым магистралям, так
как это удлиняет сроки грузовых операций.
Далеко не всегда оказываются возможными мерами по предотвращению искровых
разрядов. В этих случаях основное значение приобретают меры, сводящиеся к
49
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
исключению возможности воспламенения горючих паровоздушных смесей, а если
и это оказывается невозможным, то к предотвращению взрывов горючего топлива.
Основным способом предотвращения воспламенения горючих смесей в судовых
танках, цистернах и других закрытых помещениях является искусственное
поддержание такой концентрации или температуры горючей смеси, которые
исключают возможность её воспламенение.
Способы изменения и поддержания температуры в судовых помещениях довольно
сложны, поэтому на практике значительно чаще используют методы изменения
концентрации горючих смесей, которые сводятся к уменьшению относительного
количества кислорода, содержащегося в смеси. Это достигается путем введения в
его состав азота, углекислого газа и других, не поддерживающих горения газа.
Особенно удобно использовать для этого охлаждаемые и очищенные газы судовых
двигателей внутреннего сгорания или порошковых установок. Если произошло
воспламенение смеси, то разработан ряд мероприятий ограничивающих процесс
безопасным выгоранием смеси, не приводящим к её взрыву. Для этой же цели
применяются эластичные ёмкости вместо металлических или других жестких
резервуаров.
Это основные меры борьбы с опасностью статического электричества на судах.
Но для того, что бы судить об эффективности этих мер не практике, нужно иметь
возможность в каждом конкретном случае измерять параметры характеризующие
статическую электризацию.[5]
РФ
2.2.2 Современные нормативные требования по ЭСИБ и ГИБ
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
Электростатическая искробезопасность - состояние оборудования и систем судна,
при котором исключается возможность возникновения пожара или взрыва от
разрядов статического электричества.
Гальваническая искробезопасность -состояние оборудования и систем судна, при
котором исключается возможность возникновения пожара или взрыва от
электрических измерений при гальваническом контакте судна с береговым
сооружением или другим судном, вызванном электрохимическими явлениями и
блуждающими токами в окружающих морской воде и грунте.[8]
Антистатическое заземление -электрическое соединение, обеспечивающее
выравнивание потенциалов статического электричества конструктивных частей
оборудования и корпуса судна за счет их непосредственного контакта или через
проводники антистатического заземления. Проводниками антистатического
заземления являются:
50
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
-металлические перемычки, соединяющие подлежащее антистатическому
заземлению оборудование, экраны кабелей, трубопроводы и т.п. между собой и/или
с корпусом судна либо с другим заземленным оборудованием;
- нанесенные на поверхности оборудования слои электропроводящих веществ:
металлизации, проводящих пластмасс, компаундов, мастик, антистатических
лакокрасочных покрытий и т.п.
Для предупреждения и предотвращения искрообразования: на трубопроводах
любого назначения, расположенных во взрывоопасных зонах и предназначенных
для присоединения шлангов с берега или другого судна, должны быть
предусмотрены следующие средства гальванической искробезопасности:
-электроизолирующие фланцевые соединения или непроводящие участки
трубопровода;
-изолирующие маты, подкладки и ограждения для предотвращения контакта
металлических деталей шлангов с корпусом судна.
Для оборудования, установленного или предназначенного для использования во
взрывоопасных помещениях и пространствах, конструктивные части
электрического оборудования должны изготовляться из материалов,
обеспечивающих ЭСИБ и ГИБ.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
Открытый конец наполнительной трубы в топливных цистернах должен
располагаться не выше 300 мм. от днища цистерны. Этим предотвращается
разбрызгивания, являющееся одной из причин накопления статического заряда. К
системам жидких грузов нефтеналивных судов относится указание, что концы
наполнительных труб грузовых танков должны быть доведены, на сколько
возможно, на самое близкое расстояние от днища танков, но не менее внутреннего
диаметра трубы. К переливным трубам относиться указание, что такие трубы
должны доводиться до днища переливных цистерн с минимальным зазором.
Антистатическое заземление является обязательным средством обеспечения
ЭСИБ для всех типов судов, где имеются взрывоопасные помещения и
пространства.
Газоотводная система должна обеспечивать газообмен и безопасное давление в
грузовых танках в процессе погрузки, выгрузки и перевозке жидких грузов. Для
этого в системе должно устанавливаться одно или более устройств,
ограничивающих:
Рост избыточного давления свыше испытательного давления грузового танка
при погрузке или балластировке с максимальной предусмотренной
производительностью;
51
управления
им
ен
2.2.3. Комплексная система
Rosemount TankRadar CTS
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Падения давления ниже 7 кПА при выгрузке с максимальной подачей
грузовых насосов.
Грузовые шланги, шланги для сжатого воздуха, шланги для мойки танков и
другие шланги, которые используются в грузовой зоне, должны отвечать
требованиям раздела 6 Правил Регистра, быть электропроводными по всей длине,
включая их соединение и фланцы (за исключением береговых соединений), и
должны быть заземлены в целях снятия электростатических зарядов.
Переносные насосы и вентиляторы для использования в грузовой зоне должны
иметь устройства для электростатического заземления перед началом
эксплуатации.
Грузовая система должна позволять регулировать интенсивность загрузки
каждого отдельного танка, так что бы в начальной стадии погрузки скорость потока
на выходе приемного трубопровода не превышала 1 м/с. Указанная скорость потока
может быть увеличена при оборудовании грузовых танков специальными
приемными колодцами, снижающими уровень электризации среды в танке,
конструкция которых должна быть одобрена Регистром. Скорость потока при
максимальной интенсивности погрузки не должна превышать 7 м/с. Требования
настоящего пункта могут не выполняться, если грузовые танки инертизируются
при проведении грузовых операций.[5]
технологическими
процессами
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
Три типовых реализации схемы:
TSS/CARGO- управление грузовыми операциями на газовозе;
TSS/ALARM- контроль аварийных 95% и предельных 98% уровней налива в
грузовых танках;
TS S/CONTROL- управление техническими средствами судна (КСУТС)
Широко при меняются как самостоятельные системы при автоматизации судов,
плавучих доков, буровых платформ и т.п.
Состав системы:
- операторские (рабочие) станции с 21” монитором, манипулятором
функциональной клавиатурой и принтером;
- локальные технологические станции (JITC) мониторинга- измерения уровня,
давления, температуры и плотности жидкостей и газов в танках и цистернах,
трубопроводах, измерение осадки и прогиба (перегиба) судна и т.п.
52
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
- локальные технологические станции (JITC) управления и контроля насосов,
заслонок, сепараторов, дизель генераторов и другого технологического
оборудования.
Система TSS/CARGO позволяет вычислять массу хранимого или отпускаемого
потребителю продукта с необходимой для коммерческого учета точностью.
Независимая система контроля аварийных уровней TSS/ALARM предназначен
для контроля предельных и аварийных уровней налива нефтепродуктов в грузовых
танках и цистернах, а также противоаварийной защиты насосов от работы всухую.
Система TSS/CONTROL (КСУТС) предназначена для автоматизированного
централизованного контроля и управления технологическими оборудованиями на
кораблях, судах, плавучих доках и др. [11]
Рис. 13. Система RoseMount TankRadar CTS.
53
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Рис. 13. Общая схема судовой информационно – измерительной системы
RoseMount TankRadar CTS
.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
4 x Radar Gauge ± 5 mm
4 x Pressure Transmitter with 3-way
48 x Temperature Sensors
54
ов
а"
Таблица 4. Выбор датчиков. Технические характеристики.
0 to 47.5 m
Operating accuracy
± 5 mm
Instrument accuracy
± 3 mm
.О
.М
Measuring range
ак
ар
LNG Gauge
Ambient Operating temperature -40 to +70º C
Liquefied gases according to IMO IGC
Temperature of product
-165º C to +55º C
Possible Temperature inputs
5 to 6 main inputs for 4-wire Pt100 sensors
and 5 to 6 spare inputs
Pressure sensor range
0,8 to 2 Bar (absolute)
Pressure sensor accuracy
± 3 mBar
Weight
33 kg (gauge socket and still pipe excluded)
Cable glands, standard
PG 29 for cable with outer diameter from
Ø18 mm to Ø32 mm
ла
ми
ра
ад
и
им
ен
"Г
УМ
Material facing tank
atmosphere
2
See Installation Drawings
РФ
Number of cable inlets
Flange fittings
С
Product range
Stainless steel 304L,
PTFE
Stainless steel 316L
Explosion protection
Intrinsically safe:
II 1 G, Ex ia IIC T4
ВО
Material facing deck
ГБ
О
У
Temperature Sensors
Ø 4 mm
Sensor body dimension
Ø 6 mm x 80 mm
Ф
Cable diameter
Still Pipe for Membrane Tanks
Dimension
114.3 x 3.6 mm, extending throughout the
full height of the tank, typically 6 m
55
304 L stainless steel for
GT 96/CS 1 and Mark
Purge Nozzle
Flange: requested size (ANSI ½”)
Thread & plug (option); to suit
connections (G 3/8”)
25
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Material
56
Таблица 4. Выбор датчиков. Технические характеристики (Продолжение)
Material
Same as the still pipe
No. of temp. sensors
1 - 6 sensors/thermowell
Accuracy of
measurement
± 0.2º C (-165º to 145º C) ± 0.3º C (-145º
to - 80 º C) ± 1.5º C (-
ов
Ø 33 mm x 3 mm
ак
ар
Dimension
а"
Thermowell
.О
.М
Cable Protective Hose
outer Ø = 45 mm
Inner nipples diameter
inner Ø = 26 mm
Standard length
600 mm. Optional other lengths on request
Material
Chloroprene rubber armoured with
double stainless wire helix
Thread Gauge End
Stainless steel, PG 29
Thread Deck End *
Stainless steel swivel nut, ISO 228/1-G1 1/4”
Bending radius
Minimum 150 mm
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
Outer hose diameter
57
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Основой систем являются различные типы датчиков, высоконадежные
контроллеры различной степени сложности и специализированное
программное обеспечение.
Для измерения уровня груза на газовозах в зависимости от высоты танка
используются несколько типов бесконтактных уровнемеров. Для
высокоточного и экономичного измерения температуры груза используются
многозонная вертикальная гирлянда термосопротивлений PtlOO с
процессорной обработкой результатов в самом датчике. Различные типы
барьеров искрозащиты с тремя степенями гальванической развязки
используются для обеспечения приема сигнала от датчиков и управление
устройствами во взрывоопасных зонах. Для защиты от перелива груза и
защиты насосов используется ультразвуковой сигнализатор уровня жидкости
ASL-400. Измерение давлений и уровней балласта производиться
различными типами датчиков давления серии 27, 86F. Контроллеры
управления - основа локальных технологических станций мониторинга и
управления.
Система управления грузовыми операциями газовоза TSS/CARGO
предлагает оптимальный подход к решению задачи полного контроля и
управления приема и отпуска груза на газовозах. Структурная схема
TSS/CARGO представлена на рис.4.1
Система обеспечивает измерения уровня, температуры, давления газовой
подушки в грузовых и балластных танках, дистанционного управления
насосами и заслонками грузовой и балластной систем.
Система базируется на использовании высокоточных измерителей уровня,
температуры и давления, промышленные контроллеры различной степени
сложности и специализированное программное обеспечение. Это
специализированное программное обеспечение разработано для отображения
параметров и управления грузовой системой газовоза любого масштаба.
Система обеспечивает непрерывный контроль аварийных состояний, опрос
всех датчиков, вывод информации по замерам на одну или несколько
операторских станций в форме, определяемой оператором, производит
полную диагностику датчиков и компонентов системы.
Система TSS/CARGO отвечает всем современным требованием IMO и
COAST GUARD для нефтеналивных судов и позволяет вычислять массу
хранимого или отпускаемого продукт с необходимой точностью. Система
TSS/CARGO предстаняие'1 полную информацию в грузе с максимальной
точностью при измерениях в реальном масштабе времени по следующим
параметрам:
-уровень;
58
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
-температурный разрез по вертикали (средняя температура продукта);
-давления инертных газов;
-средняя плотность;
-рассчитанный объем продукта;
-масса.
Измерение уровня груза и давления инертных газов. Для измерение уровня
груза используются две модели бесконтактных уровнемеров TS-02 и ВМ-70
обеспечивающие точность замера уровня груза в 0,02%. Обе модели
оснащены высокоточными датчиками давления/разряжение газов в грузовом
танке. Применение TS-02 оптимально (с точки зрения цены системы) на
газовозах малого и среднего водоизмещения, где высота танка не превышает
16-18 м. Наилучшие результаты ВМ-70 дает для газовозов большого
водоизмещения с высотами танка более 15м.
Измерение уровня в балластных, расходных и сервисных танках, замер
осадки судна.
Используется два варианта построение систем:
- гидростатический;
-пневмеркарторный (пузырьковый).
Оба варианта позволяют измерять уровень балласта топлива и др. жидкостей
с точностью ±0,25% .
Многоточечный измеритель температуры Т7/МРХ. Уникальный прибор
сочетающий в себе прецезионные (±0,05“С) температурные датчики PtlOO
расположенные через 1 мечр по вертикали (до 15 штук), и искробезопасный
мультиплексор с микропроцессорным управлением и двухпроводным
подключением (HART выход). Точность измерения температуры составляет
±0,1 °С. [5]
59
2.3. Система коммерческого учёта перевозимого газа типа
TSS/CTS.
2.3.1. Общие требования Правил РС к системам автоматизации
Требования изложены в части XV Правил классификации и постройки
ов
а"
морских судов.
ак
ар
2.1.13 Системы автоматизации должны быть выполнены по принципу выхода
управляемого процесса в безопасную сторону.
.О
.М
2.3.4 Механизмы и установки, для которых предусмотрен автоматический
или дистанционный пуск, на местных постах управления должны иметь
средства для отключения автоматического или дистанционного управления.
С
В случае неисправности автоматического или дистанционного управления
ла
должна сохраняться возможность местного управления.
ми
ра
2.4.1.16 Блокировка сигнализации и защитных функций в определенных
режимах работы механизмов (например, период пуска) должна
ад
автоматически сниматься в других режимах.
им
ен
и
Требования к системам аварийно-предупредительной сигнализации
2.4.1.1 Система аварийно-предупредительной сигнализации должна быть
независима от систем управления и защитных устройств, т. е. неисправности
РФ
и повреждения последних не должны оказывать влияния на работу АПС.
-
"Г
УМ
2.4.1.8 Сигналы на пультах АПС должны квитироваться в два этапа:
отключение звукового сигнала и дополнительных световых устройств
ВО
(вращающихся и др.) при неизменном световом сигнале на пульте;
Ф
ГБ
О
У
-
подтверждение светового сигнала на пульте, при этом мигающий
световой
сигнал переходит в постоянный.
Полное погасание индивидуального светового сигнала должно быть
возможно лишь после устранения неисправности.
2.4.1.15 Сигналы, заблокированные вручную, должны быть четко
идентифицированы на пульте АПС.
60
2.4.1.10 Система АПС должна быть выполнена так, чтобы можно было
производить проверку ее функций во время нормальной работы механизмов.
Требования к системам защиты
2.4.2.1 Система защиты должна срабатывать автоматически при появлении
а"
неисправностей, которые могут вызвать аварийное состояние механизмов
ов
или устройств, таким образом, чтобы:
ак
ар
.1 восстановить нормальные условия эксплуатации (посредством пуска
резервных агрегатов);
.О
.М
.2 временно приспособить работу оборудования к возникшим условиям
(например, посредством снижения нагрузки);
С
.3 защитить оборудование от аварийного состояния посредством его
ла
остановки.
ми
ра
Автоматическая остановка главных механизмов должна производиться
только в случаях отклонения параметров, которые могут привести к
ад
серьезному повреждению, полному выходу из строя или взрыву. В системе
им
ен
которому сработала защита.
и
защиты должна быть предусмотрена индикация, указывающая параметр, по
2.4.2.5 После остановки оборудования системой защиты, оно не должно
РФ
запускаться автоматически при устранении аварийного состояния.
"Г
УМ
2.4.2.3 Должны быть приняты меры для самоконтроля систем защиты: по
крайней мере, при таких повреждениях, как короткое замыкание, обрыв цепи
ВО
и замыкание на корпус, должен подаваться сигнал АПС.
2.4.2.4 Системы защиты отдельных механизмов и установок должны быть
ГБ
О
У
независимыми друг от друга, чтобы неисправности в системе защиты одного
механизма или одной установки не оказывали влияния на работоспособность
Ф
систем защиты других механизмов или установок.
2.4.2.6 В системе автоматической защиты главных механизмов
(пропульсивной установки) должна быть предусмотрена предупреждающая
сигнализация о предстоящем неизбежном срабатывании защиты на снижение
нагрузки или остановку для того, чтобы предоставить возможность и время
61
вахтенному помощнику капитана оценить навигационную обстановку и в
аварийной ситуации, при необходимости, запретить срабатывание защиты,
исключая такие случаи, когда ручное вмешательство приведет к полному
выходу из строя главных механизмов в течение короткого времени, как,
а"
например, при разносе.
ов
Требования к питанию систем автоматизации
ак
ар
3.1.1 Системы автоматизации должны получать питание как от основного,
так и от аварийного источников энергии.
.О
.М
3.1.5 Питание гидравлических и пневматических систем автоматизации
должно производиться от двух источников. Второй источник должен
С
автоматически включаться при падении давления с подачей сигнала АПС.
ла
3.1.6 Системы АПС и защиты должны питаться от источника бесперебойного
ми
ра
питания, при исчезновении напряжения питания на входе которого должен
подаваться сигнал АПС. Аккумуляторная батарея указанного источника
ад
должна быть рассчитана на питание систем АПС и защиты в течение не
и
менее 30 мин.
им
ен
3.1.7 Питание системы управления приводных механизмов генераторов
должно быть независимым от наличия напряжения на шинах ГРЩ.
РФ
3.1.2 Питание систем управления главными механизмами должно
"Г
УМ
осуществляться по двум независимым фидерам. Переключение с одного
фидера на другой должно осуществлятьсяавтоматически с подачей сигнала
ВО
на посту управления.
Система коммерческого учета перевозимого газа
ГБ
О
У
Система предназначена для автоматического измерения уровня, температуры
и давления в грузовых танках.
Ф
На основе измеренных данных система рассчитывает объем сжиженного газа
и генерирует автоотчет о количестве погруженного/выгруженного газа,
являющийся основным официальным коммерческим документом при
перевозках сжиженного газа. [7]
62
Учет погруженного/выгруженного газа выражается не в единицах массы или
объема, а в единицах тепловой энергии. При этом принятой единицей
измерения является Британская тепловая единица BTU (British thermal unit),
которая связана с калорией или единицей СИ – Джоулем.
а"
Применяется косвенный метод измерения тепловой энергии путем прямых
с последующим вычислением энергии.
Системы измерения уровня жидкости в грузовых танках
ак
ар
ов
измерений уровня, температуры и давления соответствующими датчиками, и
.О
.М
Для коммерческого учета перевозимого груза выполняется измерение уровня
жидкости по всей высоте грузовой емкости. С этой целью применяется
С
основная и резервная последовательность датчиков уровня, которые
ла
расположены в колонне грузовых насосов. Общее количество груза в танках
ми
ра
до и после погрузки/выгрузки определяется по среднему значению
нескольких результатов измерения уровня. Результаты измерения
ад
корректируются по крену, дифференту, температуре пара, давлению пара и
им
ен
и
жидкости.
РФ
2.3.2 Судовая информационно-измерительная система предотвращения
перелива газовоза Overfill Alarm System.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
Система аварийной защиты от перелива Overfill Alarm System
предназначена для контроля предельных 95% и аварийных 98% уровней
налива газа в грузовых танках газовозов.
Состав системы:
-датчик HL-903;
-блок сигнализации и контроля;
-панель индикации;
-взрывобезопасные лампа и сирена.
Принцип работы.
Основой системы является сигнализатор уровня HL-903, работающий на
принципе постоянного магнита.
В блоке сигнализации и контроля расположены индикаторные лампы для
сигнализации достижения уровня налива, кнопка для тестирования
исправности ламп, кнопка квитирования сигнала тревоги, звонок для
63
.О
.М
ак
ар
ов
а"
звуковой сигнализации сигнала тревоги. К блоку сигнализации и контроля
кабелями подключены сигнализаторы уровня, взрывозащищенные лампы и
сирена, расположенные во взрывоопасной зоне (открытой палубе).Если
какой-либо сигнализатор уровня HL – 903 выдает сигнал о наличии
жидкости, начинает мигать соответствующая индикаторная лампа,
одновременно включается звонок в блоке сигнализации, проблесковая лампа
и сирена на палубе газовоза.
При нажатии оператором на кнопку квитирования сигнала тревоги «сброс»
прекращают работать звонок, проблесковая лампа и сирена, а индикаторная
лампа переходит в режим непрерывного горения. Индикаторная лампа гаснет
лишь тогда, когда уровень жидкости опускается ниже уровня установки
сигнализатора. Исправность индикаторных ламп проверяется нажатием на
кнопку «контроль». [7]
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
Реальное функционирование всей системы от сигнализатора уровня до
срабатывания световой и звуковой индикации проверяется с помощью
магнита. Магнит, который подносится снаружи к известному месту на
корпусе сигнализатора уровня, активизирует проверку электронной схемы
сигнализатора, аналогичную появлению жидкости в чувствительной зоне
сигнализатора.
Это
простая
операция
позволяет
проверить
функционирование всей системы без вскрытия сигнализатора или
наполнения танка до аварийного уровня.
64
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Рис. 14. Система Overfill Alarm System
65
Глава 3. Анализ данных. Старение газа. Разработка программы
для учета старения перевозимого газа.
3.1. Обработка сигналов.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Ключевом вопросом этой главы является оцифровка (дискретизация,
квантование) сигналов, т.е. представление аналоговых сигналов, которые как
таковые не могут быть обработаны компьютером, в виде последовательности
значений в дискретные моменты времени. Обсуждаются применяемые для
этого устройства и схемы выборки и хранения и мультиплексоры.
Преобразование аналоговых сигналов в цифровые (АЦ- преобразование) и
цифровых сигналов в аналоговые (ЦА- преобразование) - основная задача
интерфейса компьютера с датчиками и исполнительными механизмами.
Прежде чем оцифровывать аналоговый сигнал, необходимо убедиться, что он
содержит только частоты непосредственно относящиеся к измерению, и что
все посторонние или нежелательные частотные составляющие, например
высокочастотные шумы исключены или подавлены. Для этой цели
используются аналоговые фильтры.
Для извлечения из сигнала полезной информации после АЦпреобразования используются цифровые фильтры . С помощью цифровой
фильтрации можно уменьшить посторонние составляющие входного сигнала.
Чтобы обеспечить качество и правильность измерительной информации,
после АЦ- преобразования необходимо провести ряд предварительных
проверок.[9]
66
Ф
ГБ
О
У
ВО
РФ
"Г
УМ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Рис. 15. Устройство системы IAS
67
3.1.1. Система IAS.
ак
ар
ов
а"
IAS это распределенная система контроля и управления, которая
благодаря своей гибкости и модульной архитектуре может быть
использована для различных типов судов.
IAS построена из разнообразных физических и программных для
различных условий и требований. Нормальная система IAS включает
контроль ГЭД, подруливающих устройств, а также балластной и грузовой
систем одновременно. [ 1 1 ]
.О
.М
Основные задачи системы:
ми
ра
ла
С
 Сбор и отображение данных в удобном виде
 Управление с помощью специальных команд
 Автоматическое выполнение запланированных заданий
 Отображение ошибок и событий
 Создание различных отчетов
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
Control Firewall (CF9)
Firewall контроля обеспечивает распределение кабелей к C300
контроллерам.
Control Firewall обеспечивает безопасность данных в сети
 отменой всех сетевых сообщений не нужных для управления.
 Распределение приоритета по трафику в зависимости от качества сигнала
 Передача только сетевых сообщений правильной структуры
Рис. 16. Control Firewall (CF9)
68
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
IAS Controller (C300)
C300 это распределенный контроллер процессов и входной/выходной шлюз
для системы. Модуль состоит из печатных плат, индикаторов и монитора.
Модуль подключается к Input Output Termination Assembly (IOTA).
Обеспечивает аналого-цифровое преобразование данных с датчиков для
последующей их обработки.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
Рис. 17. C300 Controller Module
69
3.1.2. Основы обработки измерительной информации
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Преобразованные в цифровую форму измерительные данные должны быть
подвергнуты проверке. После АЦ-преобразования необходимо выполнить
следующие операции:
- первичную обработку:
- компенсировать дрейф;
- сохранить исходные данные;
- проверить соответствие исходных данных параметрам датчика —
диапазону допустимых выходных значений и диапазону скоростей
изменения выходного сигнала; если значение выходит из этих диапазонов, то
должны генерироваться аварийные сообщения или другие указания для
оператора;
- вычислить среднее значение исходных данных ("посторонние" значения,
которые заметно отличаются от других, возможно, должны быть
отброшены);
- применить цифровую фильтрацию;
- сохранить отфильтрованные данные.
После цифровой фильтрации выполняются:
- пересчет единиц измерения — масштабирование (при необходимости);
- линеаризация;
- другие типы обработки данных, например статистический анализ;
- в автоматических системах — анализ входных данных для принятия
решения о дальнейших действиях, например генерации управляющих или
опорных сигналов.
Коммерческие программные пакеты сбора данных обычно позволяют
выполнять все эти операции.[7]
Ф
ГБ
О
У
3.1.2.1 Достоверность исходных данных и аварийная сигнализация
Существует много методов проверки достоверности исходных данных. Для
автоматизированных систем достоверность играет особую роль, так как
ошибки во входных данных могут привести к некорректным управляющим
действиям. В первую очередь» необходимо убедиться, что величина
входного сигнала лежит в пределах рабочего диапазона датчика. Как
указывалось ранее, выход за его границы может указывать на
исключительную ситуацию, например, что датчик отключен. Эта проверка не
70
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
должна представлять собой простое сравнение с предварительно
установленным пороговым значением, потому что в этом случае даже
небольшие колебания около этого значения могут вызывать множество
аварийных сигналов. Во избежание таких ситуаций обычно определяют
полосу гистерезиса вокруг порогового значения Аварийный сигнал
генерируется только тогда, когда входная величина превысит второе
пороговое значение. Для того чтобы сбросить аварийный сигнал, входная
величина должна снова пересечь первое пороговое значение. Новый
аварийный сигнал может быть выработан после того, как второй порог будет
достигнут. Проверка скорости изменения сигнала позволяет обнаружить
ошибки датчика. Если изменения выходного сигнала датчика в течение
нескольких последних интервалов выборки превышают заранее
определенное значение, то вырабатывается аварийный сигнал. Контроль
скорости изменения должен проводиться перед цифровой фильтрацией, в
противном случае изменения сигнала могут быть утрачены и проверка
становится бессмысленной.
ад
3.1.2.2. Другие операции обработки данных
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
Усреднение
Влияние ошибок измерений можно уменьшить с помощью простого
усреднения. Например, АЦП может быть запрограммирован для выборки
сигнала в 10 раз быстрее, чем необходимо, и тогда грубое значение можно
получить как среднее за 10 интервалов выборки. Дополнительно можно
отбросить одно-два значения, не укладывающихся в общую тенденцию
изменения данных за период усреднения, т. е. слишком больших или
слишком маленьких. Это полезно в тех случаях, когда входной сигнал
остается постоянным в течение периода усреднения, а его колебания
вызваны шумом с нулевым средним значение*.
Ф
ГБ
О
У
Калибровка и компенсация дрейфа
Значения входного измерительного сигнала часто нуждаются в
компенсации дрейфа или погрешностей калибровки датчиков или
электронных устройств. J1 я этой цели входные усилители и АЦП должны
тестироваться и, при необходимости, проходить калибровку с помощью
известного и точного эталона напряжения. В некоторых случаях вся
процедура калибровки может проводиться автоматически под управлением
программного обеспечения.
71
.О
.М
3.1.2.3. Структура данных для обработки измерений
ак
ар
ов
а"
Построение графиков
Построение графика изменения сигнала во времени или как функция
другого сигнала позволяют выявить некоторые интересные детали:
- исключительные или необычные возмущения;
- потерю значений;
- периодические колебания.
Поэтому средства построения графиков являются важной частью любых
компьютерных систем /правления.[6]
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
Каждый входной измерительный сигнал связан с определенным набором
параметров; эти параметры используются программами ввода и обработки
измерений. Структура хранения этих параметров должна быть организована
таким образом, чтобы различные процедуры (подпрограммы или отдельные
модули) могли легко к ним обращаться. Наиболее важные параметры,
используемые в обработке измерений, включают в себя:
- указатели на данные измерений;
адрес входного порта измерительной информации;
интервал выборки;
коэффициенты пересчета сигнала;
параметры датчика;
пороговые значения для физического процесса (полоса гистерезиса с
первым и вторым сигнальными пределами);
допустимая скорость изменения;
результат измерений до и после обработки;
параметры фильтра;
логические переменные, управляющие подключением тех или иных
процедур, например линеаризации, пересчета входных данных, фильтрации,
обработки нештатных ситуаций. Вышеперечисленные параметры имеют
разные форматы: одним соответствуют целые числа, другим —
вещественные, третьим — логические переменные или символьные строки.
Конкретное представление зависит от используемой вычислительной
платформы и языка программирования.
Итак, подведем некоторые итоги.
Частота выборки аналоговых сигналов является фундаментальным
параметром обработки измерений в цифровой системе управления. В идеале
эта частота должна быть по крайней мере вдвое больше самой высокой
частотной составляющей исходного сигнала; на практике она должна быть
еще выше для правильного восстановления сигнала за конечное время. К
тому же если частота выборки мала и на исходный сигнал наложен
высокочастотный шум, то в дискретном сигнале появляются
72
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
псевдочастотные искажения — ложные частоты. После дискретизации уже
невозможно отделить ложную информацию от исходной, "правильной".
Для преобразования аналогового сигнала в цифровой необходимо убедиться
в том, что преобразователи обладают достаточным быстродействием, их
точность соответствует приложению и диапазон преобразования
используется полностью.
Высокочастотные компоненты сигнала, обычно появляющиеся из-за
шумов и наводок, должны быть устранены либо подавлены до
выборки.Чтобы исключить все составляющие с частотами, превышающими
половину частоты выборки, применяются аналоговые фильтры низкой
частоты (противопсевдочастотные).
Аналоговый фильтр можно сконструировать для подавления либо низких,
либо высоких частот. Очень часто эти фильтры реализуются на основе
операционных усилителей, поэтому их надо применять с осторожностью, так
как операционные усилители имеют ограниченный частотный диапазон и не
реагируют на очень высокие частоты.
Цифровая фильтрация — хороший метод извлечения полезной
информации из сигнала. В этой главе было рассмотрено, как реализовать
ФНЧ и ФВЧ низких порядков. На практике широко используются простые
фильтры скользящего среднего и цифровые экспоненциальные фильтры
низкой частоты первого порядка. Фильтры более высокого порядка можно
легко реализовать программным способом. Наконец, сигнал должен пройти
несколько проверок перед тем, как он поступит на вход алгоритма
управления.[7]
73
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
3.1.3. Отображение и хранение данных.
В интерфейсе данные, снимаемые с датчиков, отображаются как
указано на рисунке, наглядно и удобно для восприятия.
и
ад
Рис. 18. Графический интерфейс системы IAS, HoneyWell.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
Сами же они хранятся в базе данных на сервере, которые легко извлечь в
файл Excel.
Рис.19. Пример хранения данных с датчиков.
74
3.2. Старение газа.
ми
ра
ад
и
им
ен
Nitrogen -196 ºC
Methane -161 ºC
Ethane -89 ºC
Propane -42 ºC
i-Butane -12 ºC
n-Butane -1 ºC
i-Pentane +28 ºC
n-Pentane +36 ºC
Hexane +69 ºC
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Знание композиции СПГ имеет особое значение при длительных
транспортировках, особенно для терминалов, судовых компаний,
поставщиков и покупателей. В основном, любая компания, вовлеченная в
газовую отрасль, должна знать качество СПГ, который будет выгружен в
регазификационном терминале.
СПГ, перевозимый газовозом при атмосферном давлении находится
близко к точке кипения. Несмотря на то что грузовые танки хорошо
изолированы, поступления тепла из внешней среды избежать невозможно,
что приводит к выпару газа. (BOG).
Парообразование в СПГ не гомогенно по причине различных
температур кипения различных составляющих в диапазоне
(-196 ºC to +69 ºC). Компоненты с наиболее низкой температурой кипения, в
основном азот и метан, испаряются первыми.
Температуры кипения основных компонентов.
"Г
УМ
РФ
Этот феномен, известный как старение газа, вызывает изменение
состава СПГ со временем. Поэтому состав и свойства СПГ в порту выгрузки
будут отличаться от первоначальных.
Ф
ГБ
О
У
ВО
Приложение MOLAS
Чтобы разрешить проблему поведения газа при транспортировке
Группа Европейских газовых компаний при значительном участии Enagás и
GERG Organization разработали приложение MOLAS для моделирования и
предсказания изменений состава СПГ при транспортировке.
Это ПО получает значения в пункте погрузки и рассчитывает основные
характеристики СПГ к моменту выгрузки в соответствии с международными
стандартами (ISO 6976 и GPA 2172)
Приложение имеет две основные модели: физическую и интеллектуальную
(iModel).
Физическая модель основана на равновесном состоянии жидкой и
газообразной фазы груза.
75
Интеллектуальная модель, основанная на исторических данных, использует
искусственные нейросети, учитывая характеристики судов, качество СПГ,
маршруты и др. Для ее использования нужна база данных по предыдущим
маршрутам.[10]
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Физическая модель
Основана на балансе масс и термодинамическом равновесии, со следующими
допущениями:
• Алгоритм не зависит от формы и количества танков, только от Boil Off Rate
(BOR) и объема транспортируемого груза.
• Груз считается находящимся в равновесном состоянии.
Переохлаждение или перегрев груза в танках не учитывается.
• По данным, снимаемым с датчиков раз в полчаса, рассчитывается новая
композиция газа.
• Линейное изменение давления в процессе транспортировки. [11]
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
Алгоритм состоит из четырех блоков.
Первый блок –получение исходных данных для расчета начального
состояния газа.
Далее входные данные используются для расчета значений состояния газа в
начале транспортировки.
После этого новые значения композиции и характеристик газа
рассчитываются в рекурсивном блоке. Значения рассчитываются в
соответствии с уравнениями Lee-Erbar-Edmister или GERG2004. Первое это
общее уравнение равновесия а второе было специально разработано для
природного газа.
На выходе получаем значения состояния газа в порте выгрузки.
Рис. 20. Алгоритм физической модели.
76
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Интеллектуальная модель.
Интеллектуальная модель (iModel) основана на исторических данных
предыдущих маршрутов. Представляет собой набор нелинейных
математических функций, работающих по принципу нейросети.
им
ен
и
Рис. 21. Интеллектуальная модель.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
Разработанная в проекте программа использует упрощенный алгоритм
физической модели.
77
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Исходные данные по состоянию и составу газа берутся из грузовых
документов.
РФ
ГЛАВА 7. Интерфейс пользователя
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
Рис. 22. Грузовые документы из порта погрузки.
78
3.3. Разработка программы.
3.3.1 Интерфейс пользователя как средство работы со сложными
системами.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Снижения присущего системе уровня сложности можно добиться только в
результате целенаправленных интеллектуальных усилий. Это должны быть
усилия и проектировщика установки, и оператора, и программиста.
Проектировщик должен учесть свойства процесса и создать логичную и
ясную систему. Оператор, столкнувшись с определенным уровнем
сложности, должен формировать собственные понятия и мысленные модели.
Программист отвечает за разработку интерфейса пользователя.
Общее количество и тип информации, поступающей от процесса, нужно
уменьшить до такой степени, чтобы не превысить порог восприятия
оператора. Эта задача должна быть решена либо разработчиками собственно
технического процесса, либо разработчиками интерфейса пользователя. Если
проектировщики и программисты не учитывают этого, то они перекладывают
ответственность на оператора. Поэтому рекомендуется проводить
структуризацию данных уже на стадии проектирования.
Наиболее естественной структурой является иерархия. В большинстве
прикладных задач можно определить иерархию так, что некоторые элементы
объединены в структуры, описываемые общими параметрами. Уровни
иерархии более или менее соответствуют классам решений, принимаемых
при управлении процессом. Обычно все объекты, расположенные на одном
уровне иерархии, характеризуются интенсивным взаимным обменом
данными; обмен данными между уровнями, как правило, меньше и не
является критичным по времени .
Например, в химическом производстве состояние реактора характеризуется
десятками отслеживаемых параметров. Если внимание сконцентрировано
собственно на реакторе, тогда интерес представляют величины опорных и
текущих значений температуры, расхода, концентрации и т. д. Если тот же
реактор рассматривается как элемент производственной цепи, то
существенны только входные и выходные потоки и индикация штатного или
нештатного режима. Только когда система подаст сигнал о сбое, имеет смысл
просмотреть более детальную информацию о реакторе, чтобы найти его
причину.
Иерархическая структура упрощает наблюдение за сложным процессом, но
скрывает часть данных. Например, превышение выходного сигнала
регулятора по сравнению с обычным рабочим значением может служить
79
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
показателем неправильного поведения какой-то части системы, но это никак
не отражается на общей панели состояния системы *- все лампочки горят
зеленым йй до тех пор, пока опорные и текущие значения параметров
одинаковы.
Иерархическая модель по необходимости является обобщенной, но она
обеспечивает полезный подход к анализу и структурированию системы
управления. Применение такой модели не ограничивается рамками
сборочных или обрабатывающих предприятий — соответствующие уровни
можно выделить в любой сложной системе управления.
Структурный подход применим не только к выводу на экран, но и к
командному языку. Команды могут быть как очень низкого уровня — для
непосредственного управления каждым исполнительным механизмом, так и
высокого — для выполнения целых задач. Команды низкого уровня редко
представляют интерес, особенно в сложных установках, где элементы тесно
связаны и взаимодействуют сложным образом. Наряду с командами низкого
уровня хорошим решением для выполнения крупных функций является
подготовка развитых командных файлов, состоящих из набора простых
"элементарных* команд. Такие файлы можно подготовить для всех основных
операций.
Основу для проектирования интерфейса дает анализ целей (task analysis).
Это анализ технических процессов и операций, которые необходимы для
управления. Анализ целей — это поиск ответов на следующие вопросы:
каковы стандартные задачи;
как эти задачи выполняются;
какая информация требуется для выполнения этих задач;
какова степень свободы, предоставляемая оператору в случае
аварийных или непредвиденных ситуаций (это не то же самое, что действия в
нештатных условиях, — если поведение в таких случаях регламентировано,
то это просто один из возможных режимов работы).
Анализ физических процессов, с одной стороны, и познавательных
способностей операторов — с другой, обеспечивает подход, на основе
которого интерфейс пользователя определяется не только с аппаратной и
программной точек зрения, но и с учетом роли, которую играют
операторы.[6]
80
3.3.2 Проектирование интерфейса пользователя
3.3.2.1 Общие принципы
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Общие принципы взаимодействия между людьми и машинами,
изложенные в предыдущих разделах, являются фундаментом при
проектировании интерфейса пользователя. Необходимо тщательно
проектировать аппаратное и программное обеспечение и подбирать
комплектующие. Сегодня ВТ обладает большими возможностями при низкой
стоимости. Поэтому вопрос не в том, применять ли последние достижения в
области графических технологий, а в том, как их использовать эффективно.
Основное внимание следует уделить взаимодействию компонентов
системы и формату и содержанию сообщений и команд. Некоторые из
приведенных соображений остаются в силе и при разработке панелей
управления с кнопками или других типов интерфейса.
Три основных принципа справедливы для любого прикладного или
функционального проектирования и, следовательно, для интерфейсов
пользователя. Эти принципы — простота, наглядность и последовательность.
Их нужно воспринимать как ориентиры, а не как непосредственное
руководство для разработки конкретных элементов.
Простота
Простота (simplicity) — наиболее важный принцип для всех видов
проектирования. В задачах управления процессами, в которых используются
ЭВМ, каждая картинка на дисплее отображает модель физического процесса
и его работу. Простота означает, что вместе с важными данными не
выводится бесполезная, несущественная или избыточная информация. С
другой стороны, простота вовсе не означает скудность изобразительных
средств. Поскольку степень простоты нельзя объективно измерить, ее нужно
рассматривать как общий принцип в контексте методов проектирования и
оценки.
Наглядность
Наглядность (visibility) - это степень прозрачности функционирования
системы. В идеале пользователь должен иметь ощущение прямого контакта с
техническим процессом, а не с автоматизированной системой управления.
Наглядность позволяет опознавать цели и функции устройств по некоторым
визуальным образам интерфейса (цвет, форма, вид). Наглядность должна
обеспечивать связь между техническим процессом, его режимами и
мысленной моделью пользователя. Система управления должна
поддерживать и улучшать наглядность управляемого процесса.
81
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Современные средства отображения измерительной информации —
результат нескольких десятилетий развития. Стрелочные приборы дают
немедленную информацию об относительной величине параметров и
тенденции их изменения; цифровые приборы показывают информацию с
большей точностью, но она не воспринимается так же быстро.
В некоторых системах наглядность достигается с помощью графических
метафор - пиктограмм, связанных с повседневным опытом. Пиктограмма на
экране кодирует операцию на основе очевидных ассоциаций, например ручка
обозначает что-либо, связанное с записями, а увеличительное стекло
устройство масштабирования для детального просмотра информации.
Изображение не обязательно точно соответствует тому, что стоит за ним в
обычной жизни, оно создает ассоциации между назначением известных
объектов и похожими операциями в компьютерной среде - символы дают
визуальные подсказки о функциях и операциях.
Важно не переоценить значение зрительных образов особенно в системах
управления процессами. Сравнительно неквалифицированный клерк может
считать, что применение повседневных символов для обозначения
системных функций удобно и прозрачно. Для управления процессом,
вероятно, более приемлемо использовать пиктограммы в их прямом значении
и не смешивать разные подходы. Применение в одном контексте метафор из
разных областей усложняет восприятие и приводит к путанице,
Придерживаться известных я отработанных правил и установленных
стандартов важнее, чем использовать оригинальные метафоры.
Последовательность
Последовательность (consistency) означает, что для отображения
одинаковых или аналогичных элементов системы применяются однотипные
обозначения. Для того чтобы описание или визуализация системы были
последовательными, сначала необходимо установить или разработать
принципы структурирования.
Последовательность можно рассматривать как наглядность, основанную на
аналогии. Там, где наглядность необходима для первоначального понимания
идеи, последовательность помогает перенести существующие знания в новый
контекст.
Последовательность,
пожалуй,
наиболее
трудно
реализуемая
характеристика интерфейса пользователя. Для ее достижения необходимо
классифицировать используемые сущности, а затем применять одинаковые
правила (язык, сокращения, цвет) для идентификации объектов каждого
класса. Принцип последовательности, с другой стороны, требует, чтобы
количество классов было сведено к минимуму. Например, если клавиша
82
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
<F4> используется для загрузки файлов в одной части программы, то ее уже
нельзя использовать для сброса периферийных устройств в другом месте той
же программы, а файлы вместо этого загружать клавишей <F9>.
Последовательность трудно дается в случаях, когда в проекте участвуют
несколько человек, поскольку один программист привык писать
предупреждения заглавными буквами, а другой - строчными. В любом
групповом проекте имеются несогласованные решения. Например, одно из
них - это стиль предупреждающих сообщений, в результате пользователь
может прийти к неоправданному выводу.
Трудность в достижении последовательности проявляется в случае, когда к
определенному представлению применимы несколько противоречивых
правил и не очевидно, какое из них выбрать. Для преодоления такой
ситуации используются два подхода. Один заключается в том, что каждый
элемент связывается только с одним зрительным признаком (величина, цвет,
форма и т. д.), так что разные ситуации могут отображаться одновременно,
например с помощью размера и цвета. Другое решение заключается во
введении определенной иерархии, когда определенный тип информации
перекрывает другие.
Важный способ обеспечить последовательность — применение
стандартных интерфейсов. Первоначальная анархия, связанная с появлением
большого количества программных продуктов, несколько улучшилась после
того, как определенные разработки Microsoft Windows, IBM Standard
Application Architecture обеспечили унифицированную основу для
интерфейса.
"Г
УМ
3.3.2.2 Кодирование
Ф
ГБ
О
У
ВО
Человеко-машинный интерфейс должен привлекать внимание пользователя
к важным фактам и обеспечивать быструю и правильную реакцию на основе
предоставленной информации. В этой задаче решающую роль играет
кодирование.
Как мы видели в главе 9, в технике связи кодирование — это изменение
некоторых характеристик канала (раздел 9.1). Код связывает тип и степень
изменения характеристик канала С информацией, которая должна
передаваться. Несколько кодов можно применять одновременно, изменяя
различные характеристики и, следовательно, перемещая больше информации
в единицу времени. Стандартные способы кодирования визуальной
информации на экране — цвет, образ (форма), размер.
83
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Для определения скорости человеческой реакции на информацию,
переносимую символами на основе разных методов кодирования,
проводились специальные психологические опыты, в которых было
установлено, что кодирование цветом или цветом и формой одновременно
дает лучшее время реакции, чем при кодировании только с помощью формы.
Отсюда следует, что цвет является важнейшим атрибутом кодирования.
Дополнительно проводились опыты по определению влияния на
восприятие различных способов выделения. Выяснилось, что выделение
цветом значительно эффективнее, чем мерцание или инверсия. Более того,
будучи полезным на этапе изучения системы, выделение все больше
раздражает по мере того, как пользователь Приобретает опыт и начинает
ориентироваться в расположении нужной информации. Особенно следует
подчеркнуть, что текст ни в коем случае не должен мерцать или двигаться по
экрану, поскольку это затрудняет чтение. Достаточно, чтобы около текста
мерцал какой-либо служебный символ.
Цветом можно обеспечить общее впечатление о функциональном
состоянии. Зеленый цвет обычно воспринимается как индикатор
безопасности, разрешения или штатного режима (например, что
оборудование работает нормально). Красный - соответствует аварии,
опасности или запрету. Желтый — понимается как предупреждение и может
указывать на наличие какой- либо небольшой проблемы.
Принцип простоты предполагает, что общее число цветов, образов и
способов подсветки должно быть сведено к минимуму. Более того, только
ограниченное число цветов или образов можно распознать по отдельности; в
случае, когда необходимо использовать несколько цветов или образов, на
экране должна присутствовать и соответствующая легенда. Цвета должны
использоваться достаточно осмотрительно: 4-5 цветов распознаются без
значительных усилий; есть предположение, что 7 цветов — это максимум,
который нельзя превышать.
Важно не полагаться только на цвет как способ представления важной
информации. Много людей страдает дальтонизмом и, следовательно, не в
состоянии распознать цветовые атрибуты. Трудности восприятия некоторых
цветов на экране могут быть связаны с особенностями освещения на рабочем
месте. Поэтому выводимая информация должна обладать определенной
избыточностью, например с помощью меток, текстовых вставок или
графических символов, для того чтобы гарантировать правильную
интерпретацию.
Работу устройств можно представить на экране или панели управления с
помощью символического или функционального кодирования.[6]
84
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Например, если переключатель используется для альтернативного
присоединения двух устройств или поточных линий между двумя участками,
то можно показать положение самого переключателя и выделить активный
элемент каким-либо способом (Рис 6.1). Функциональное представление не
требует явного объяснения (легенды) на экране.
Принцип последовательности требует, чтобы способы кодирования (цвет,
форма, заполнитель) сохранялись во всей системе и не зависели от контекста,
т. е. недопустимо, чтобы один и тот же атрибут имел разное значение на
разных экранах. Если в одном месте красный цвет означает "аварию", то он
не должен означать "высокая температура" в другом или "входной поток" —
в третьем. Следует добавить, что кодирование должно быть естественным, т.
е. должно восприниматься бессознательно и не требовать дополнительных
объяснений.
Кодирование "холодного" красным цветом, а "горячего" - голубым или же
"НОРМА" - красным, а "ТРЕВОГА" - зеленым технически вполне допустимо,
но потребует усилий для понимания, так как отличается от общепринятого.
Может быть, можно утверждать, что после должного обучения операторы
будут в состоянии сказать, когда красный цвет означает "тревога", а когда
"входной поток", но тогда теряется одно важное преимущество. В
соответствии с моделью действий наиболее эффективны реакции на уровне
навыков (сенсомоторные) и на уровне правил. Если оператор на тренировках
заучил, что красный цвет всегда соответствует "аварии”, то, когда он увидит
этот цвет, его реакция будет мгновенной. Если же требуется дополнительное
мысленное усилие по сопоставлению красного цвета с содержанием
текущего экрана и оценке того, что он означает в конкретном контексте, то
возникает дополнительное напряжение, а реакция замедляется, и значит,
возрастает вероятность ошибки.
Правильный выбор символов очень часто противоречив. Аварийное
состояние процесса, связанное с недопустимым понижением температуры,
следует обозначать красным или голубым? Это зависит от того, что в данном
случае имеет более высокий приоритет: дать немедленное представление о
температуре или же обозначить функциональное состояние, в котором
естественный цвет для аварии — красный. В любом случае, всегда должна
соблюдаться последовательность. Значение кода не очень существенно, если
он всегда используется для идентификации одного и того же.
85
3.3.2.3 Отображение информации о процессе
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Отображение информации о процессе на экране — один из важнейших
моментов организации интерфейса пользователя в системах управления
процессами.
Картина на экране может рассматриваться с пассивной — сообщить
информацию, или с активной точки зрения —направлять оператора при
выполнении замыслов разработчика. В общем, цели процесса управления
можно определить как, во-первых, вести процесс в соответствии с
технологией и, во-вторых, распознавать и выявлять аварийные состояния и
предпринимать необходимые меры, чтобы поддерживать безопасность
процесса. Поэтому информация на экране должна обеспечивать различные
типы задач:
нормальный режимы работы: запуск, остановка, управление процессом в
нормальных условиях, определение параметров, оптимизация;
выявление аварийных состояний;
поддержка при определении стратегии вмешательства.
Содержание информации должно быть приведено в соответствие с
потребностями пользователя
специалист не заинтересован в "простой" информации, которая,
напротив, может быть весьма существенна для начинающего. Поскольку
новички используют то же оборудование, что и опытные специалисты, то
необходимы компромиссы. Типичный пользователь считает важным все, что
появляется на экране, поэтому информация должна быть простой и не
содержать бесполезных деталей, которые могут отвлечь внимание.
Проблема отображения информации на экране — это решение о том, что
должно быть показано и как. Ответ на первый вопрос дает анализ структуры
производства и цели отображения, т. е. какую информацию необходимо
сообщить или какие производственные задачи должны быть выполнены.
Если данные носят обычный информационный характер, то достаточно
простой табличной формы. В этом случае нужно убедиться только в том, что
использованы соответствующие единицы измерения, ведущий текст и код
состояния.
Простейший метод структурирования данных сложного производственного
комплекса вытекает из иерархического разделения информационных
потоков. На каждом экране должна быть представлена только основная
мысль в наиболее простом виде. Акцент должен быть сделан на наиболее
важной информации, касающейся определенного объекта или задачи.
Например при обзоре состояния завода высший приоритет имеют
86
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
обобщенные показатели хозяйственной деятельности. На экране,
относящемся к участку, для каждого устройства должны быть приведены
лишь несколько основных показателей, например индикация штатного или
нештатного состояния и текущая производительность. Все параметры,
относящиеся к одному устройству, должны умещаться на одном экране. На
более высоком уровне абстракции экран для производственной линии
должен представлять основные данные но каждому участку, без детального
состояния. Несмотря на то что основной объект (завод, производственная
линия) может быть весьма сложным, функциональный смысл каждого экрана
должен оставаться простым -нормально или нет работает станок, участок или
любой другой объект наблюдения?
Структуризация по уровням управления может быть следующая:
Уровень стратегического управления;
Уровень управления производством;
Уровень управления участком;
Уровень локального управления;
В общем случае правильно организованное отображение информации имеет
следующие характеристики:
оно адекватно цели, т. е. предоставляет не более и не менее
информации, чем необходимо (простота);
оно, насколько возможно, самодокументированно (наглядность);
оно унифицировано на нескольких уровнях: на разных экранах
символы и цвета имеют одинаковое значение, и пользователь знает, чего
ждать в различных ситуациях (последовательность).
При определенных условиях цель вывода на экран — заставить
пользователя выполнить некоторые действия. В этом случае информацию, на
основе которой пользователь должен действовать, необходимо выделить.
Инструкции по управлению должны быть сформулированы четко. Если
выведенные данные допускают несколько альтернатив, требуемое действие
должно быть указано явно.
Память пользователя нельзя перегружать, особенно принимая во внимание,
что единственное» с чем у ЭВМ нет проблем, — это хранение и
воспроизведение информации, и в этом она намного превосходит человека.
Пользователь не должен запоминать какую-либо информацию на одном
экране, чтобы затем использовать ее на другом; существенную информацию
проще вывести на разные экраны в соответствии с решаемыми задачами.
Выполнение любой задачи должно быть сведено к небольшому числу шагов
и минимальному числу команд.
87
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Картину отображения процесса на графическом дисплее можно
проектировать исходя из разных принципов. В географическом или
физическом представлении план предприятия или агрегата изображается
специальными
символами
(большинство
технических
символов
стандартизировано). В этом случае картинка разрабатывается в соответствии
с принципами черчения; результат может оказаться довольно запутанным и
сложным для понимания. Альтернативой является линейное представление
физических процессов без учета их действительного пространственного
размещения. В последнем случае обычно наиболее предпочтительно
размещать изображения слева направо и сверху вниз.
Применение принципов простоты, наглядности и последовательности при
разработке экранов, вероятно, наиболее удачный метод снижения сложности
отображения информации. Любое изменение дизайна экрана, улучшающее
одну из этих характеристик и не ухудшающее другие, должно
приветствоваться.
ми
ра
3.3.3. Принцип вычисления.
ад
Вычисление объёма груза в танке ведётся а программе по формуле:
Q = V·d·HL – V·Ts·Pv·Hv/Tv·Ps
им
ен
и
где :
Q – полный переданный объём груза;
TL (m3);
РФ
V - объем груза погруженного или выгруженного при средней температуре
"Г
УМ
d - плотность груза при температуре TL (kg/m3);
HL - общее количество подогретого груза (Btu/kg);
ВО
Ts - стандартная температура (°K);
Tv - средняя температура газа в грузовых танках (°K);
ГБ
О
У
TL - средняя температура жидкости в грузовых танках (°K);
Ф
Pv - абсолютное давление газа в грузовых танках, то есть, манометр +
барометрического давления (kPa);
Hv - совокупный объем нагрева паров газа на 15,6 ° С и 101.3kPa (Btu/m3).
Данная величина принята быть постоянной 36000 Btu/m3 основываясь на
чистом метане.
88
Ф
ГБ
О
У
Рис. 23. Алгоритм программы.
89
ВО
РФ
"Г
УМ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
а"
ов
ак
ар
.О
.М
С
ла
ми
ра
Рис. 24. Интерфейс разработанной программы.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
В программе обрабатываются значения с датчиков температуры, давления и
уровня в танках. По ним рассчитываются необходимые промежуточные
значения, чтобы впоследствии было рассчитано эквивалентное количество
теплоты в BTU (Британская термическая единица). Чтобы затем сравнить это
значение с тем, которое было бы при исходных данных для выгруженного
газа.
Предусмотрена возможность выбрать дату и время окончания
погрузки, отслеживание всего процесса с различной скоростью, выбор
исходных данных для различных танков, пошаговый режим.
Каждый шаг происходит пересчет текущих значений концентраций
газов в жидкой фазе груза, и соответственно пересчитываются значения
плотности и теплоемкости груза.
90
3.3.4. Код программы.
unit lng_ageing;
а"
interface
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
С
ла
ми
ра
type
TForm1 = class(TForm)
GroupBox1: TGroupBox;
SG1: TStringGrid;
GroupBox2: TGroupBox;
SG2: TStringGrid;
Step: TButton;
Edit1: TEdit;
Load: TButton;
Unload: TButton;
Timer1: TTimer;
Start: TButton;
Stop: TButton;
DateTimePicker1: TDateTimePicker;
DateTimePicker2: TDateTimePicker;
GroupBox3: TGroupBox;
SG3: TStringGrid;
speedbar: TTrackBar;
Label1: TLabel;
Label2: TLabel;
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure StepClick(Sender: TObject);
procedure LoadClick(Sender: TObject);
procedure UnloadClick(Sender: TObject);
procedure Timer1Timer(Sender: TObject);
procedure StartClick(Sender: TObject);
.О
.М
ак
ар
ов
uses
Winapi.Windows, Winapi.Messages, System.SysUtils, System.Variants,
System.Classes, Vcl.Graphics,
Vcl.Controls, Vcl.Forms, Vcl.Dialogs, Vcl.Grids, Vcl.StdCtrls, ComObj, Math,
extctrls,
Vcl.ComCtrls, Vcl.FileCtrl;
91
procedure StopClick(Sender: TObject);
procedure speedbarChange(Sender: TObject);
ак
ар
ов
а"
private
{ Private declarations }
public
{ Public declarations }
end;
С
ла
ми
ра
ад
dens0,dens: extended;
qbt:
extended;
hm0,hm:
extended;
Tv,Pa,Tv0,Pa0: extended;
Mt,Vm,Vl,MM: extended;
n:
integer;
Path:
string;
.О
.М
var
Form1: TForm1;
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
mass:
array[0..9] of extended;
hhv:
array[0..9] of extended;
volm:
array[0..9] of extended;
sod:
array[0..9] of extended;
sods:
array[0..9] of extended;
inds:
array[0..9] of integer;
indsb:
array[0..9] of integer;
Pri:
array[0..9] of extended;
n2i:
array [0..9] of extended;
table:
array[0..9] of string;
temp_pr:
array[0..9] of integer;
ExlApp,WorkSheet: OLEVariant;
Date1: Tdatetime;
Time1: Tdatetime;
implementation
92
ов
ак
ар
.О
.М
С
ми
ра
ла
function density(arr: array of extended):extended;
var i:integer;
sumXM: extended;
sumXV: extended;
begin
sumXM:=0;
sumXV:=0;
for i:=0 to 9 do
begin
sumXM:=sumXM+arr[i]*mass[i];
sumXV:=sumXV+arr[i]*volm[i];
end;
density:=sumXM/(sumXV-0.0003174);
end;
а"
{$R *.dfm}
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
function Hm_count(arr:array of extended):extended;
var i: integer;
sumXM: extended;
sumXMH: extended;
begin
sumXM:=0;
sumXMH:=0;
for i := 0 to 9 do
begin
sumXM:=sumXM+arr[i]*mass[i];
sumXMH:=sumXMH+arr[i]*mass[i]*hhv[i];
end;
Hm_count:=sumXMH/MM;
end;
function QBTU(var V, D, Hm, Pa, Tv: extended ): extended;
var Qr: extended;
begin
Qr:=V*288.15/(273.15+Tv)*Pa/1013.25*37.706;
QBTU:=(V*D*Hm-Qr)/1055.056;
end;
93
procedure gettable(fname:string);
//var
//Rows, Cols : integer;
ов
а"
//FData: OLEVariant;
begin
ExlApp := CreateOleObject('Excel.Application');
.О
.М
ак
ар
//делаем окно Excel невидимым
ExlApp.Visible := false;
ад
ми
ра
ла
С
//открываем книгу
ExlApp.Workbooks.Open(fname);
//получаем активный лист
WorkSheet:=ExlApp.ActiveWorkbook.ActiveSheet;
//определяем количество строк и столбцов таблицы
//Rows:=WorkSheet.UsedRange.Rows.Count;
//Cols:=WorkSheet.UsedRange.Columns.Count;
им
ен
и
//считываем данные всего диапазона
//FData:=WorkSheet.UsedRange.Value;
РФ
end;
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
procedure BubbleSort(var a: array of extended);
var i,p,n,t1: Integer; b: boolean;
p1,m1,v1, hhv1: extended;
t_el: string;
begin
n:=10;
repeat
b:= false;
Dec(n);
if n > 0 then
for i:= 0 to n-1 do
if a[i] > a[i+1] then
begin
v1:= volm[i];
94
а"
m1:=mass[i];
t1:=temp_pr[i];
p1:=a[i];
t_el:=table[i];
hhv1:=hhv[i];
ак
ар
.О
.М
ла
ми
ра
ад
РФ
им
ен
и
b:= true;
end;
until not b;
end;
С
volm[i+1]:= v1;
mass[i+1]:=m1;
temp_pr[i+1]:=t1;
a[i+1]:= p1;
table[i+1]:=t_el;
hhv[i+1]:=hhv1;
ов
volm[i]:= volm[i+1];
mass[i]:=mass[i+1];
temp_pr[i]:=temp_pr[i+1];
a[i]:= a[i+1];
table[i]:=table[i+1];
hhv[i]:=hhv[i+1];
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
procedure PCalc;
// index - number of 1st element
var i: integer;
Mtc: extended;
begin
for i:=0 to 9 do
begin
pri[9-i]:=0;
if TEMP_PR[9-i]<=-159 then
pri[9-i]:=sods[9-i];
end;
pri[9]:=pri[9]+1-sum(pri);
end;
95
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
а"
ак
ар
ов
procedure X2count(var V1,V2:extended; sod_arr: array of extended);
var
n1,dn:extended;
dni:array [0..9] of extended;
n1i:array [0..9] of extended;
i: integer;
begin
if V2<V1 then
begin
n1:=V1/Vm;
dn:=(V1-V2)/Vm;
for i:=0 to 9 do
begin
n1i[9-i]:=n2i[9-i]; // start amount of moles of each component
dni[9-i]:=Pri[9-i]*dn; //moles of each components boilt-off
n2i[9-i]:=n1i[9-i]-dni[9-i]; // ! new amount of moles of each component
им
ен
и
end;
"Г
УМ
РФ
for i:=0 to 9 do
begin
sod_arr[9-i]:=n2i[9-i]/(sum(n2i)); // new molar fraction
form1.SG1.cells[2,i+1]:=(formatfloat('0.000000',sod_arr[9-i]));
end;
Ф
ГБ
О
У
ВО
dens:=density(sod_arr);
Hm:=HM_count(sod_arr);
form1.sg3.Cells[2,1]:= formatfloat('000.000',dens);
form1.sg3.Cells[2,2]:= formatfloat('00.000',Hm);
end;
end;
procedure TForm1.StepClick(Sender: TObject);
96
ак
ар
ов
а"
var Vprev,Vc,stm : extended;
i: integer;
begin
n:=n+1;
Vprev:=strtofloat(Sg2.Cells[1,3]);
Tv:=strtofloat(workSheet.cells[2+n,13]);
Pa:=strtofloat(Worksheet.cells[2+n,9]);
Vc:=strtofloat(Worksheet.cells[2+n,11]);
С
.О
.М
SG2.Cells[1,1]:=floattostr(Tv);
SG2.Cells[1,2]:=floattostr(Pa);
SG2.Cells[1,3]:=floattostr(Vc);
ад
qbt:=QBTU(VL,dens,Hm,Pa,Tv);
ми
ра
ла
X2count(Vprev,Vc,sods);
им
ен
и
sg3.Cells[2,3]:= formatfloat('0000000', QBTU(VL,dens,Hm,Pa,Tv));
ВО
"Г
УМ
РФ
if n=720 then
begin
timer1.Enabled:=false;
Step.enabled:=false;
stop.Enabled:=false;
start.Enabled:=false;
end;
Ф
ГБ
О
У
end;
procedure ExitXL;
begin
//закрываем приложение Excel
ExlApp.Quit;
//очищаем выделенную память
ExlApp := Unassigned;
WorkSheet := Unassigned;
97
ми
ра
ов
ак
ар
.О
.М
ла
С
procedure TForm1.LoadClick(Sender: TObject);
var hours, m, s, ms : word;
i:integer;
v0,n0:extended;
begin
start.Enabled:=true;
edit1.Enabled:=false;
Path:=(Getcurrentdir+'\'+Edit1.Text);
n:=0;
DecodeTime(DateTimePicker2.Time,hours,m,s,ms);
gettable(Path);
repeat
n:=n+1;
а"
end;
Date1:=Strtodate(worksheet.cells[2+n,1]);
ад
until ((datetostr(Date1)=Datetostr(Datetimepicker1.Date)));
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
SG2.Cells[1,1]:=workSheet.cells[2+n,13];
SG2.Cells[1,2]:=Worksheet.cells[2+n,9];
SG2.Cells[1,3]:=Worksheet.cells[2+n,11];
Tv0:=strtofloat(SG2.Cells[1,1]);
Pa0:=strtofloat(SG2.Cells[1,2]);
Ф
ГБ
О
У
ВО
V0:=strtofloat(Sg2.Cells[1,3]);
n0:=v0/vm;
for i:=0 to 9 do
begin
n2i[9-i]:=sods[9-i]*n0;
end;
step.Enabled:=true;
unload.Enabled:=true;
end;
procedure TForm1.speedbarChange(Sender: TObject);
98
ак
ар
ов
а"
begin
case speedbar.Position of
0 : Timer1.Interval:=750;
1 : Timer1.Interval:=500;
2 : Timer1.Interval:=250;
3 : Timer1.Interval:=100;
4 : Timer1.Interval:=25;
им
ен
и
ад
ми
ра
ExitXL;
step.Enabled:=false;
load.Enabled:=true;
start.enabled:=false;
stop.enabled:=false;
edit1.Enabled:=true;
ВО
"Г
УМ
РФ
SG2.Cells[1,1]:='';
SG2.Cells[1,2]:='';
SG2.Cells[1,3]:='';
for i:=0 to 9 do form1.SG1.cells[2,i+1]:='';
end;
procedure TForm1.StartClick(Sender: TObject);
begin
Timer1.Enabled:=true;
step.Enabled:=false;
start.Enabled:=false;
load.Enabled:=false;
unload.Enabled:=false;
stop.enabled:=true;
end;
ГБ
О
У
Ф
С
ла
procedure TForm1.UnloadClick(Sender: TObject);
var i: integer;
begin
.О
.М
end;
end;
99
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
FormatSettings.DateSeparator:='.';
FormatSettings.TimeSeparator:=':';
n:=0;
VL:=158740;
dens0:=0;
Mt:=0;
Kt:=0;
for i := 0 to 9 do inds[i]:=i;
ми
ра
ов
ак
ар
.О
.М
С
ла
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
var f1,f2:textfile;
i,j:integer;
s:string;
ki:array [0..9] of extended;
Kt:extended;
begin
а"
procedure TForm1.StopClick(Sender: TObject);
begin
Timer1.Enabled:=false;
step.Enabled:=true;
start.Enabled:=true;
unload.Enabled:=true;
end;
Ф
ГБ
О
У
timer1.Enabled:=false;
unload.Enabled:=false;
step.Enabled:=false; // testbutton
start.Enabled:=false;
stop.Enabled:=false;
assignfile(f1,'gas_param.txt');
reset(f1);
100
ми
ра
ов
ак
ар
.О
.М
С
ла
for I := 0 to 9 do
begin
readln(f1,s);
mass[i]:=strtofloat(s);
// molar mass
readln(f1,s);
hhv[i]:=strtofloat(s);
//higher heating value
readln(f1,s);
volm[i]:=strtofloat(s);
// molar volume
readln(f2,s);
sod[i]:=strtofloat(s); // composition
sods[i]:=sod[i];
//for sorting
end;
а"
assignfile(f2,'composition.txt');
reset(f2);
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
SG1.Cells[0,0]:= 'HYDROCARBONE';
SG1.Cells[1,0]:= 'INITIAL VALUE';
SG1.Cells[2,0]:= 'CURRENT VALUE';
table[0]:= 'METHANE';
table[1]:= 'ETHANE';
table[2]:= 'PROPANE';
table[3]:= 'ISO BUTANE';
table[4]:= 'N-BUTANE';
table[5]:= 'ISO PENTANE';
table[6]:= 'PENTANES & HEAVIER';
table[7]:= 'NITROGEN';
table[8]:= 'CARBON DIOXIDE';
table[9]:='OXYGEN';
temp_pr[0]:=-161;
temp_pr[1]:=-89;
temp_pr[2]:=-42;
temp_pr[3]:=-12;
temp_pr[4]:=-1;
temp_pr[5]:=+28;
temp_pr[6]:=+36;
101
ла
С
pcalc;
ад
РФ
им
ен
и
with SG1 do
begin
SG1.Cells[0,1+i]:= table[9-i];
end;
end;
ми
ра
for i:=0 to 9 do
begin
ВО
"Г
УМ
for i:=0 to 9 do
begin
sg1.cells[1,1+i]:=floattostr(sods[9-i]);
end;
closefile(f1);
closefile(f2);
dens0:=density(sods);
hm0:=hm_count(sods);
ГБ
О
У
Ф
ов
ак
ар
.О
.М
Mt:=sum(mass);
bubblesort(sods);
for i:=0 to 9 do
begin
MM:=MM+sods[9-i]*mass[9-i];
Vm:=Vm+sods[9-i]*volm[9-i]; //total molar volume
end;
а"
temp_pr[7]:=-196;
temp_pr[8]:=-57;
temp_pr[9]:=-183;
with SG2 do
begin
SG2.Cells[0,0]:= 'Variable';
SG2.Cells[1,0]:= 'Value';
102
ак
ар
ов
а"
sg2.Cells[0,1]:= 'Tv';
sg2.Cells[0,2]:= 'Pa';
sg2.Cells[0,3]:= 'Vc';
SG2.Cells[1,1]:='0';
SG2.Cells[1,2]:='0';
SG2.Cells[1,3]:='0';
end;
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
with SG3 do
begin
SG3.Cells[0,0]:= 'Variable';
SG3.Cells[0,1]:= 'Density kg/m3';
sg3.Cells[0,2]:= 'Hm MJ/kg';
sg3.Cells[0,3]:= 'Quantity BTU';
sg3.Cells[1,0]:= 'Loading Conditions';
sg3.Cells[2,0]:= 'by Model';
sg3.Cells[1,1]:= formatfloat('000.000',dens0);
sg3.Cells[1,2]:= formatfloat('00.000',Hm0);
sg3.Cells[1,3]:= formatfloat('0000000', QBTU(VL,dens0,Hm0,Pa0,Tv0));
end;
end;
Ф
ГБ
О
У
ВО
end.
"Г
УМ
РФ
procedure TForm1.Timer1Timer(Sender: TObject);
begin
step.Click;
end;
ГЛАВА 4. Технико-экономическое обоснование разработки
программы пользовательского интерфейса.
103
Проведем расчет экономии компании, применяющей систему коммерческго
учета груза с учетом старения газов.
.О
.М
ак
ар
ов
а"
∆𝑄 = 𝑄𝑘 − 𝑄0
Где ∆𝑄- количество теплоты газа в MMBTU не учитываемое при выгрузке.
(Если сдавать газ по значениям, указанным в погрузочных документах)
∆𝑄 = 37490093 − 3704024 = 45 069 MMBTU,
Что составляет q=∆𝑄/Qk=45069/3704024=0,0122=1.22 % неучтенной теплоты
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
Прибыль с продажи 1 MMBTU сжиженного газа возьмем в соответсвии с
данными биржи.
Рис. 24. Мировые цены на сжиженный природный газ
С1=15,25-9,65=5,6 USD
Тогда теряемая прибыль с одного рейса составит примерно:
P=∆𝑄*C1=46069*5,6=252386.4 USD
104
При переходе от Испании до Кореи, длительность которого составляет 1
месяц, получим, что за 1 год компания теряет
L=P*12/2=1 514 318 USD
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Проведем расчет стоимости разработки данной программы.
Цена программы, разрабатываемой в дипломном проекте, определяется по
формуле: Zn=(l +п)(1+НДС){ ∑ Ti τi[(1+ Hg)(1+Несн)+Нн]+Цм Тм}
п — норматив рентабельности, учитывающий прибыль организации, где
разрабатывается программное обеспечение (0,12);
НДС - ставка налога на добавленную стоимость (0,18);
τi — зарплата (основная) разработчиков i-ой категории за один час
работ, руб.-ч.;
Hg — коэффициент, учитывающий размер дополнительной зарплаты
разработчиков (0,2),
Несн — ставка единого социального налога (0,26);
Нн — коэффициент, учитывающий накладные расходы организации, в
которой зарабатывается программное обеспечение (0, 35);
Тмо — машинное время, необходимое для откладки и тестирования
программного обеспечения, маш.- ч.;
Цм - отпускная цена одного часа машинного времени, руб./маш. -ч.;
Трудоемкость разработки компьютерной модели может быть определения
на основе метода оценок. В соответствии с этим методом при определении
продолжительности отдельных работ в основу расчетов принимается средняя
ожидаемая продолжительность каждой работы. Для определения используют
три вида оценки времени:
минимальную;
максимальную;
вероятную.
Минимальная ai - минимально возможное время выполнения данной
работы при благоприятных обстоятельствах.
Максимальная bi - максимальное время выполнения данной работы при
крайне неудачном стечении обстоятельств.
Наиболее вероятное mi — возможное время выполнения данной работы при
наиболее часто встречающихся условиях ее выполнения.
При наличии этих оценок средняя ожидаемая продолжительность работ:
Ti=
𝑎𝑖+4𝑚+𝑏𝑖
6
Расчет трудоемкости сведем в таблицу.
Таблица 5. Расчет трудоемкости.
105
Оценка трудоемкости
ai
mi
bi
Ti
Разработка ПО
20
25
30
25
Настройка ПО
9
8
11
Подбор
сопутствующих
устройств
90
100
110
Настройка
системы
110
120
ов
а"
Вид работ
.О
.М
ак
ар
9
122
ми
ра
ла
С
140
100
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
Приняв τi во всех видах работ постоянным, так как работы производятся
специалистами одинаковой и равной квалификации: 120 руб.-ч., а также Цмо
= 22 руб./маш.ч.; получим:
Zn=(1 +0,15) • (1 +0,18) {(25+9+100+122) • 120 • [(1 +0,2)(1 +0,246)+0,35]+
+22 (65+60+122)} =74906 (руб.)
Стоимость патента программы стоит до 5000 руб.
Средняя стоимость подобной программы на рынке ПО в настоящее время
1100-1300 $.
Учитывая значение не учитываемой прибыли компании использование
данной программы экономически целесообразно.
При розничной цене в 2600 $ за лицензию программа окупится
соответственно за год. Однако стоимость лицензии можно установить и
выше.
106
ГЛАВА 5. Безопасность жизнедеятельности
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
5.1 Анализ опасных и вредных факторов
Опасными или вредными производственными факторами считаются те,
которые отклоняются от требований норм и правил охраны труда,
рекомендаций НОТ, инженерной психологии.
Можно выделить в помещении МКО следующие опасные и вредные
производственные факторы:
^ вредные электромагнитные излучения дисплеев ЭВМ;
^ повышенный уровень шума на рабочем месте;
повышенная температура поверхности оборудования и материалов;
^ повышенная температура воздуха рабочей зоны;
^ повышенная задымленность воздуха рабочей зоны;
отсутствие естественного света;
^ повышенная вибрация.
В анализ опасных и вредных производственных факторов обычно входит
их влияние на конкретных рабочих местах, количественная оценка и
сопоставление с нормативными требованиями, оценка общего состояния
охраны труда.
Уровень шума нормируется ГОСТ 12.1.003-96 для машинных отделений
морских судов с постоянной вахтой от 74 до 99 дБ.
При работе необходимо принимать меры по снижению шума,
воздействующего на человека на рабочем месте, до значений не
превышающих
допустимых.
Для
этого
применяются
средства
индивидуальной защиты от шума (звукоизолирующие наушники).
Нормируемым параметром микроклимата в производственных помещениях
является температура, относительная влажность и скорость движения
воздуха.
По Санитарным правилам для морских судов в жилых и
общественных помещениях, оснащенных системами кондиционирования
воздуха, должны обеспечиваться расчетные условия микроклимата в
градусах результирующих температур (РТ). Для судов неограниченного
района плавания в теплый период года 24,1°, в холодный период года 19,2°,
относительная влажность 50 ± 10 %, скорость движения воздуха 0,15 м/ с.
Поддержание оптимальных параметров микроклимата обеспечивается
постоянной приточной вентиляцией и системой кондиционирования.
Освещенность нормируется Санитарными правилами для морских судов.
Общая максимальная освещенность в помещении МКО - 75 лк. Для
освещения в МКО используются лампы накаливания.
107
5.2. Требования к планировке и размещению оборудования
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
Помещения для ЭВМ, в том числе для работы с дисплеем, размещать в
подвалах запрещается. Дверные проходы внутренних помещений
вычислительных центров должны быть без порогов. При разных уровнях
пола соседних помещений и местах перехода должны быть устроены
наклонные плоскости (пандусы) с углом наклона не более 30°.
ПЭВМ устанавливаются и размещаются в соответствии с требованиями
технических условий заводов-изготовителей. Минимальная ширина
проходов с передней стороны пультов и панелей управления оборудования
ЭВМ при однородном его расположении должна быть не менее 1 м от стен,
рабочие места с дисплеями должны располагаться между собой на
расстоянии не мене 1,5 м. Площадь помещений для операторов из расчета 1
человека следует предусматривать не менее 6,0 м кв., кубатуру не менее 19,5
м куб..
Влияние вредных электромагнитных излучений уменьшается за счет
удаления их источников от оператора и установкой защитного экрана на
монитор ПЭВМ.
Влияние загазованности, запыленности и вредных паров, выделяемых
изоляцией установки устраняется за счет правильного размещения
оборудования, обеспечивающего хорошую естественную вентиляцию.
Источники информации (индикация, мониторы, контрольно-измерительные
приборы) размещены согласно СанПиН 2.2.2.542-96.
Для снижения информационной загруженности оператора поток
информации представлен в наиболее удобном виде для восприятия и анализа.
"Г
УМ
5.2.1 Обеспечение электробезопасности в помещениях МКО
Ф
ГБ
О
У
ВО
В соответствии с Правилами Регистра электрооборудование должно
устанавливаться таким образом, чтобы был обеспечен удобный доступ к
органам управления и ко всем частям, требующим ухода, осмотра и замены.
С передней стороны распределительного щита должен быть обеспечен
проход шириной не менее 800 мм при длине до 3 м и не менее 1000 мм при
длине щита более Зм. С задней стороны, вдоль свободно стоящих
распределительных щитов, должен быть обеспечен проход по ширине не
менее 800 мм. Свободно стоящие распределительные щиты должны быть
снабжены дверьми, открывающимися специальным инструментом.
108
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
5.2.3 Требования к искусственному и естественному освещению
В качестве источников света, в светильниках общего назначения должны
использоваться люминесцентные лампы типа ЛБ с индексом цветопередачи
не менее 70, в качестве светильников - установки с преимущественно
отраженным и рассеянным светораспределением (типа УСП-5-2х40, УСП-352х40, ЛВСЮЗ-2х-002).
Величина освещенности при искусственном освещении люминесцентными
лампами должна быть в горизонтальной плоскости не ниже 300 лк, для
системы общего освещения и не ниже 250 лк — для системы с
комбинированным освещением.
В помещении должно быть предусмотрено аварийное освещение для
продолжительной работы и других целей.
Для предотвращения засветки экрана дисплеев прямыми световыми
потоками должны применяться светильники общего назначения,
расположенного между рядами рабочих мест или зон с достаточным
боковым освещением.
11.2 Требования к диагностическому комплексу с точки зрения материалов,
класса защиты от поражения электрическим током, попадания пыли и
влаги, схемы подсоединения прибора
им
ен
и
Исходя из комплектации диагностического комплекса можно выделить
требования с точки зрения:
4.4.1 материалов, примененных в системе;
РФ
4.4.2 защиты от поражения электрическим током;
"Г
УМ
4.4.3 защиты от попадания влаги и пыли.
4.5.1. Требования к системе с точки зрения материалов
Ф
ГБ
О
У
ВО
Корпус ЭВМ предназначен для размещения внутри, хранения и защиты от
легких повреждений электронной начинки приборов. Особых требований к
прочностным характеристикам и сопротивлению агрессивным средам
материалов, из которых изготовлены корпуса, не предъявляется. Диапазон
рабочих температур от 0 до 70°. Относительная влажность 0-90 % без
конденсирования. Атмосферное давление 650-800 мм рт. ст.
4.5.2. Требования к системе с точки зрения защиты от поражения
электрическим током
При измерениях сигналов данным приборов не возникает непосредственно от
контакта каких-либо частей прибора или частей тела оператора с
токоведущими частями, шинами, кабелями.
109
ак
ар
ов
а"
Прибор может использоваться в двух вариантах. Если он подключен к
переносному компьютеру (ноутбуку), то особых требований к защите не
предъявляется, так как вся система получает питание от аккумуляторной
батареи 5 В. При стационарной установке прибора защита сводится к
выполнению защитного заземления корпуса системного блока компьютера,
ведь в этом случае компьютер получает питание от судовой сети 220 В.
Требования к системе с точки зрения защиты от попадания пыли и
влаги Класс защищенности оборудования должен быть не ниже IP-20.
аппаратурой, в состав которой входит компьютер
.О
.М
4.4.4 Анализ опасных и вредных факторов при работе с диагностической
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
При использовании ПЭВМ возникают следующие опасные и вредные
производственные факторы.
Психофизические
факторы:
физические
перегрузки
(статические,
динамические, гиподинамия);
нервно-психические
(умственное
перенапряжение,
перенапряжение
анализаторов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки.
Физические факторы:
плотность воздуха, ее резкое изменение, подвижность и ионизация воздуха;
ионизирующие и электромагнитное излучение, статические заряды и
повышенные напряжения,
электрические и магнитные поля;
отсутствие или недостаток естественного освещения, повышенная яркость
света, пониженная контрастность, прямая или отраженная блеклость,
повышенная пульсация светового потока; ультрафиолетовое и инфракрасное
излучение;
На оператора воздействуют следующие опасные и вредные факторы:
4.5.3. Санитарно-гигиенические:
Ф
ГБ
О
У
а)
шум - при наличии компьютера с бесшумным вентилятором весьма
незначителен
б)
электромагнитное
излучение
от
экрана
и
излучение
электромагнитных компонентов, диапазон излучений включает в себя
высокочастотное излучение от 75 Гц и кратных частот. Все современные
компьютеры изготовлены согласно требованиям безопасности в этом
отношении;
110
ов
а"
в)
инфракрасное (тепловое) излучение - микросхемы электронных плат
нагреваются до высоких температур (40-60 °С ), необходима установка
вентиляторов.
г)
ионизация воздуха — при работе компьютеров в воздухе образуется
много положительных ионов, которые токсичны для человеческого
организма.
Психофизиологические:
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
а)
рабочая поза и перемещение в пространстве, рабочее место - оператор
неподвижен, в результате развивается гиподинамия, остеохондроз;
б)
число информационных сигналов - в данном случае при наличии
многозадачной операционной системы число каналов может быть большим;
в)
число важных объектов для наблюдения - как и в предыдущем случае;
г)
искусственная освещенность;
д)
монотонность - оператору необязательно наблюдать за монитором
постоянно;
е)
нервно-эмоциональная нагрузка —средняя;
ж) интеллектуальная нагрузка - средняя;
Технические факторы.
РФ
им
ен
и
а)
техническая безопасность оборудования - заземление корпуса;
б)
организация обслуживания оборудования и процессов - удобный
доступ, включение оборудования в планы ТО;
в)
размещение оборудования.
11.4.1 Требования к видео дисплейным терминалам и персональным
электронно- вычислительным машинам (СанПиН 2.2.2.542-96)
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
Визуальные и эргономические параметры ВДТ являются параметрами
безопасности и их неправильный выбор приводит к ухудшению здоровья
пользователей.
Все виды ВДТ должны иметь гигиенический сертификат, включающий в том
числе оценку визуальных параметров.
Конструкция ВДТ, его дизайн и совокупность эргономических параметров
должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой
информации в условиях эксплуатации.
9.5. Обеспечение пожарной безопасности
В процессе получения, транспортировки и преобразования электроэнергии в
механическую, тепловую и другие виды энергии, в результате аварий,
ошибочных действий и халатности обслуживающего персонала возможно
появление источников, природа которых основана на тепловом проявлении
111
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
электротока. Пожары, связанные с эксплуатацией электрооборудования
происходят главным образом от КЗ, от нарушений правил эксплуатации
электронагревательных приборов, от перегрузок электродвигателей и
электросетей, от образования больших местных переходных сопротивлений,
от электрических искр и дуг.
Короткие замыкания представляют собой наибольшую пожарную опасность.
При к.з. в местах соединений проводов сопротивление практически равно
нулю, в результате чего ток, проходящий по поверхности и гоковедущим
частям аппаратов и машин достигает больших значений. Токи короткого
замыкания на несколько порядков превышают номинальные токи
проводников, токоведущих частей и достигают сотен и тысяч ампер. Такие
токи могут не только перегреть, но и воспламенить изоляцию, расплавить
токоведущие части и провода. Плавление металлических деталей машин и
аппаратов сопровождается обильным разметом искр, которые в свою очередь
способны воспламенить близкорасположенные горючие материалы и
вещества, послужить причиной пожара.
Пожарная опасность электропроводок и кабелей обуславливается
возможным образованием в условиях эксплуатации источников загорания:
электрических искр, дуг, нагретых контактных соединений и токоведущих
жил, часть расплавленного металла и открытого огня, воспламеняющего
изоляцию, а также способностью электропроводок распространять горение
вдоль их прокладки. Нагрев токоведущих жил вызывает опасность загорания
изоляции, д также горючих материалов, находящихся в непосредственной
близости с электрической проводкой.
Технические и организационные мероприятия по профилактике и
предотвращению пожаров
Ф
ГБ
О
У
ВО
По степени опасности применяемого электрооборудования помещения и
электроустановки подразделяются на пожароопасные и взрывоопасные, и в
зависимости от класса помещения, категории и группы взрывоопасных сред
предписывается соответствующий выбор электрооборудования.
Пожароопасными помещениями называются помещения или наружные
установки, в которых применяются или хранятся горючие вещества.
Электрические машины и аппараты, применяемые в электроустановках,
должны обеспечивать необходимую степень защиты их изоляции от
вредного действия окружающей среды и необходимую безопасность в
отношении пожара или взрыва из-за их неисправности.
Аппаратура управления электродвигателями - маслонаполненного или
пыленепроницаемого исполнения. Светильники должны быть закрытого
112
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
исполнения. Переносные светильники, применяемые в пожароопасных
помещениях, должны быть закрытого исполнения, а стеклянный колпак
защищен стальной сеткой.
В пожароопасных помещениях следует применять только защищенные
электропроводки. Допускается открытая проводка изолированных проводов
на изоляторах, но при условии удаления их от мест скопления горючих
материалов и невозможности механического повреждения. Соединительные
и осветительные коробки должны быть пыленепроницаемыми.
113
Заключение.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
В данном дипломном проекте были выполнены следующие пункты:
1. Рассмотрены основные типы газовозов и конкретный газовоз «Великий
Новгород»
2. Изучены требования нормативных документов к системам
коммерческого учета газа.
3. Рассмотрена система коммерческого учета сжиженного газа газовоза
«Великий Новгород»
4. Написана программа по моделированию и обработке данных для учета
старения сжиженного газа в процессе транспортировки.
5. Выполнен экономический расчет выгодности использования
разработанного программного обеспечения.
114
Литература
Баскаков С.П. – Перевозка сжиженных газов морем - 2002
Олссон Г. Цифровые системы автоматизации и управления.- 2001.
Костылев И. И. «Судовые системы»
Жадобин Н. Е., Крылов А.П. «Элементы и функциональные устройства
судовой автоматики.
5. Алексеев Н.А., Ушаков В.М. «Эксплуатация судовых
микропроцессорных систем»
6. Штумпф Э. П. «Судовая электронка»
7. Устинов А. А. «Аналогово – цифровые преобразователи в СИИС»
8. Правила классификации и постройки морских судов. РМРС. 2015 г.
9. Juan-Manuel-Lopez-Zurita LNG Ageing
10. Benito – Molas Application
11. Судовая документация газовоза «Великий Новгород»
12. Веб – сайт dnv.com
13. Веб – сайт valcom.ru
ад
ми
ра
ла
С
.О
.М
ак
ар
ов
а"
1.
2.
3.
4.
Ф
ГБ
О
У
ВО
"Г
УМ
РФ
им
ен
и
A
115