книги из ГПНТБ / Рабей И.Л. Грузовые операции на нефтеналивных судах

производится автоматически. В процессе соединения, разборки и в период неустановившегося режима грузовых операций трубы поддерживаются в заданном по­ ложении гидроцилиндрами. Установка ACH 6А обеспечивает разгрузку с про­ изводительностью до 2000 м3/ч. Потребляемая мощность 21 кет. Диаметр шарнирного трубопровода 300—400 мм. Наибольший вылет от оси вертикального шарнира 12,9 м. Наибольшая высота от основания стояка 19,4 м. Вес 7 т. Мак­ симально допустимая разность осадки в порожнем состоянии и в грузу 13 м.

Допускаемый отход танкера в порожнем и полностью загруженном состоянии от причала 1 м, вдоль причала — 2 м.

ф 350t 0,3

Рис. 49. Разрез корневого вертикального шарнира

Время на шланговку морского танкера с помощью описанной установки 20—25 мин.

Разработано и осваивается шлангующее устройство шарнирного трубопро­ вода для речного танкера (рис. 48). Перемещение устройства во всех плоскостях обеспечивается шестью шарнирами, из которых один вертикальный (рис. 49), смонтирован на стояке, укрепленном на палубе перекачивающей станции,

126

а остальные пять (рис. 50) соединяют звенья шарнирного трубопровода между собой. После присоединения шарнирного трубопровода к грузовой системе баржи перекачивающая станция и баржи могут вза­ имно .перемещаться по вертикали до 5 м, по горизонтали вдоль судна ± 2 м и поперек судна ±0,5 м. С помощью двух противовесов

и системы рычагов шарнирный трубопровод уравновешивается в любом положении. В ре­ зультате такого уравновешивания усилия, не­ обходимые для перемещения трубопровода в любом направлении, не превышают 30 кг.

Автоматическое программное управление

возможность применения той или другой системы автоматизации грузовых опера­ ций на данном конкретном судне.

При программном управлении грузовыми операциями задаются требуемые последовательность переключения клинкетов грузовых и балластных танков и контроль за параметрами посадки судна во время операций. В систему автома­ тики входят: устройство цифрового сбора информации о количестве груза в тан­ ках и воды в балластных отсеках, вычислительное устройство для непрерывного определения параметров посадки судна, устройство для дистанционного управ­ ления клинкетами.

Первое из указанных устройств состоит из поплавковых уровнемеров с сель­ син-датчиками и сельсин-приемниками. С его помощью показания об уровнях переводятся в весовые значения специальными счетчиками, называемыми «систе­ мами цифрового сбора информации о количестве нефтепродуктов в резервуарах». Оси цифровых счетчиков связаны с шаговыми распределителями «единиц» и «де­ сятков», имеющих электрические выходы на программирующие устройства. Про­

127

грамма на коммунитационных платах набирается с помощью штеккеров. Их число определяется числом намечаемых команд.

Вычислительное устройство для непрерывного определения параметров по­ садки судна дистанционно связано с поплавками осадкомерами, находящимися в носовой, средней и кормовой частях судна. Это устройство позволяет непре­ рывно определять крен, дифферент и стрелу прогиба корпуса при помощи счет­ чиков, аналогичных указанным выше системам цифрового сбора информации. На осях таких счетчиков имеются контакты, связанные с логическими элемента­ ми для управления работой балластной системы. Рассматриваемое устройство имеет различное конструктивное оформление и широко применяется в танкеро-

етроении.

Дистанционное управление клинкетами должно работать так, чтобы конеч­ ные положения их открытия и закрытия контролировались конечными выключа­ телями. Чаще всего устройство снабжается электроконтактными манометрами, предназначенными для автоматического управления клинкетами во время зачистных работ (после выполнения основной программы).

Программное управление грузовыми операциями может быть осуществлено на танкерах с любой грузовой системой. Закрытие или открытие клинкетов гру­ зовых отсеков ведется по программе, предусматривающей наличие штеккерных соединений, включаемых в зависимости от веса нефтепродуктов в танках. За­ крытие или открытие клинкетов балластных отсеков и пуск балластных насосов выполняются в зависимости от крена и дифферента.

В процесс грузовых операций входит выведение танкера на ровный киль по оптимальной технологии. Это достигается порядком заполнения грузовых тан­ ков и балластных отсеков путем управления соответствующими задвижками.

Контроль за напряжениями в корпусе ведется по логической схеме, входны­ ми данными которой являются углы крена, дифферента и стрелы прогиба. При превышении стрелы прогиба выше нормы грузовой насос выключается. Следует иметь в виду, что выключение насоса не всегда возможно. Так, при наливе бере­ говыми средствами задвижку, через которую поступает нефтепродукт в танкер, закрывать нельзя. В таких случаях на пункт, где работает береговой насос, пред­ варительно подается команда для остановки насоса и только после ее выполнения закрывается задвижка на трубопроводе. Поэтому целесообразно, чтобы контроль­ ное устройство было связано с грузовым насосом судна и с береговой установ­ кой. Система автоматизации должна рассчитываться на безостановочность погру­ зочно-разгрузочных операций. Режим зачистки танкера после выкачки основного груза регулируется закрытием и открытием задвижек, расположенных на грузо­ вом трубопроводе. Количество принятого или выгруженного груза определяется прибором, протарированным в единицах веса.

При программировании прежде всего необходимо определить оператор систе­ мы — комплекс уравнений, при помощи которых может быть описана работа всех основных элементов автоматического управления. Установлению оператора пред­ шествует разработка технологических схем работы объекта, в данном случае — рациональной технологии загрузки-разгрузки.

Автоматическое управление с ограниченным числом регулируемых величин

Изучение передового опыта эксплуатации нефтеналивных судов и управления грузовыми операциями наиболее квалифицированными командирами позволяет считать, что загрузкой или разгрузкой можно управлять простыми средствами, не требующими специальных счетно-решающих устройств для выработки необхо­ димых команд. Наиболее экономична схема автоматизации грузовых операций, основанная на применении релейных устройств в контактном или бесконтактном исполнении.

Большое значение имеют условия надежности системы автоматизации, отно­ сящиеся к источникам информации, анализу, а также к исполнительным команд­ ным устройствам.

В фукциональной блок-схеме системы релейного управления в контактном исполнении дифферент, крен, уровень груза в танках и осадка танкера приняты

128

за объекты регулирования, зависящие от распределения груза по танкам и от процесса перетекания жидкости в корпусе судна.

Различают два периода и четыре основных этапа загрузки танкера:

I период — прием около 95% груза — состоит из двух этапов. Первый этап — прием груза при работе насосов с максимальной производительностью при пол­ ностью открытых клинкетах (всех) и увеличении дифферента до заданной осад­

этап — прием груза при работе насосов с уменьшенной производительностью при полностью открытых клинкетах (всех) и посадкой судна на ровный киль, четвер­ тый —• прием груза с минимально возможной производительностью при полно­ стью открытых клинкетах, благодаря чему выравниваются уровни во всех тан­ ках, и сохранением ровного киля.

Функциональная схема релейного управления на отдельных этапах может иметь различные объекты регулирования, но исполнительными органами во всех случаях служат устройства релейного типа.

Объектом регулирования на первом этапе загрузки будет уровень груза в кормовом танке и крен судна. Для регулирования уровня груза служит релейное устройство типа датчиков предельного уровня, а крена — контактный датчик релейного типа, замыкающийся через столбик ртути при выходе танкера из за­ данных пределов. При загрузке управляющее устройство включает в работу объект регулирования дифферента в кормовом танке. Это устройство аналогич­ но описанному выше для крена. Исполнительные устройства в обоих случаях регулирования (по крену и дифференту) — приводные клинкетные задвижки с конечными выключателями в крайних положениях. Загрузка регулируется путем уменьшения производительности перекачивающих средств в конечной стадии операции и снижения перепадов между уровнями груза в смежных танках.

Для регулирования осадки применяется устройство типа конечного выклю­ чателя, прекращающего работу перекачивающих средств: оно срабатывает при достижении заданной осадки и рассчитано на прием части нефтепродукта, нахо­ дящегося между задвижкой и манифольдом в береговом трубопроводе. Закрытие береговой задвижки сопровождается звуковыми сигналами, извещающими вах­ тенного начальника об окончании загрузки. Поворотом рукоятки «Конец загруз­ ки» закрываются все клинкетные задвижки на переборках и прекращается пита­ ние системы автоматизации.

При разгрузке включается питание системы автоматизации и одновременно дается сигнал на включение насосов и открытие задвижек. Перетекание нефте­ продукта в кормовые танки за счет перепадов уровня груза создает дифферент на корму, который сохраняется во время всей операции разгрузки. Анализ опе­ раций разгрузки танкеров показал, что никакой регулировки клинкетными за­ движками при этом не требуется. Поэтому на период разгрузки целесообразно иметь только одну схему автоматики, предусматривающую выключение грузовых насосов и включение зачистных. Управляющим устройством в этой схеме служит электроконтактный манометр, срабатывающий при сбрасывании давления в гру­ зовом трубопроводе из-за захвата воздуха во всасывающем патрубке грузового насоса.

Требования к системам управления грузовыми операциями

К устройству автоматизированной грузовой системы на танкерах внутрен­ него плавания предъявляется ряд общих и специальных требований.

На первом этапе автоматизации система предназначается для автоматиче­ ского управления положением клинкетов при загрузке и разгрузке нефтепродук­ тов в зависимости от посадки танкера. В дальнейшем осуществляется автомати­ зация учета количества груза, швартовки и шланговки.

Автоматизированная грузовая система должна быть проста по конструкции и надежна в эксплуатации. Не следует усложнять систему и стремиться к полной автоматизации всех процессов. Существующими правилами эксплуатации и тре­

129

бованиями к комплексной автоматизации предусматривается обязательное при­ сутствие вахтенного во время стоянки судна у причала, который сможет контро­ лировать по приборам работу системы и принимать необходимые меры.

При проектировании системы надо стремиться к тому, чтобы стоимость ее была минимальной. Поэтому приборы и оборудование следует выбирать из об­ разцов, выпускаемых специализированными отраслями промышленности, отли­ чающихся высокими показателями по надежности, а также допускающих их при­ менение в судовых условиях с учетом перевозки нефтепродуктов I—IV классов. Если стоимость системы небольшая, особенно тщательно следует рассматривать вопросы о количестве и месте расположения приборов и оборудования, о целе­ сообразности дублирования и применения соответствующего ч^сла и типа обору­ дования.

При разработке системы должна быть предусмотрена возможность перехода на дистанционное и ручное управление грузовыми операциями и дублирование питания системы.

Особое внимание следует обратить на антикоррозионные свойства монтаж­ ных материалов, приборов и оборудования, стойкость приборов и оборудования к воздействию атмосферных условий и коррозионной среды. Не рекомендуется устанавливать приборы и оборудование, требующие специальных условий для нормальной работы.

Сигнализация системы должна быть снабжена наглядными схемами по по­ садке судна и положению клинкетов в соответствии с этапами загрузки. Кроме того, надо сдублировать сигнализацию выхода объектов из заданных параметров. Если изменение параметров объекта может вызвать аварию (например, избыточ­ ное давление в танке), после сигнала тревоги должна включаться система за­ щиты.

Автоматизированную грузовую систему следует разрабатывать для судна каждого типа, но элементы и узлы ее должны быть унифицированы, чтобы их можно было применять на судах всех типов.

Система автоматизированного управления грузовыми операциями должна отвечать программе рациональной технологии загрузки и разгрузки, предусмат­ ривающей совмещение загрузки с выкачкой балласта.

для управления работой исполнительных механизмов могут служить реле в кон­ тактном и бесконтактном исполнении.

Управляемыми элементами системы автоматизации должны служить датчики предельных уровней нефтепродукта, дифферента, крена, осадки.

в 30 см, во второй период, на который приходится прием оставшихся 5% груза, крен не должен превышать 2,5 см. При этом относительная погрешность датчика

должна составлять не более 10% указанных пределов регулирования. При выбо­ ре датчика дифферента пределы срабатывания следует принимать ± 5 см от по­

ложения на ровный киль при той же относительной погрешности измерений. Пределы регулирования датчиков заданной осадки должны составлять 150— 400 см при погрешности измерения, равной 2% указанных величин. В схемах

датчиков должны быть устройства, определяющие средние показания приборов, т. е. необходимо исключить срабатывание управляющих устройств при достиже­ нии указанных выше пределов во время волнения или случайных колебаниях корпуса судна. На первом этапе внедрения автоматизации пределы допускаемых погрешностей в посадке судна принимаются по уровню наиболее высоких пока­ зателей при ручной регулировке. В дальнейшем эти пределы уточняются по дан­ ным опытной проверки.

Последовательность включения в работу вышеуказанных датчиков предель­ ного уровня, дифферента и крена при операциях налива — выкачки следует при­ нимать по алгоритму. Для более равномерного распределения нефтепродукта ло танкам следует после приема 95% груза снизить производительность насоса.

На основании данных анализа работы приборов дистанционного контроля уровня в танках можно заключить, что в системах автоматизации допустимо

130

применять приборы поплавкового типа с дистанционной передачей показаний —* при помощи электрической, пневматической или гидравлической схем. Их назна­ чение в системе — оперативный контроль за грузовыми операциями; управляю­ щими приборами при окончании этих операций служат датчики осадки.

Исполнительными механизмами, приводящими в действие переборочные клинкеты, могут быть электроприводы, гидроили пневмоприводы. При выборе того

или иного привода используется вариантный метод и технико-экономическое обоснование.

Срок гарантийной службы системы без дополнительных наладок — не менее одной навигации.

Автоматический учет количества перекачиваемых нефтепродуктов

Перевозимые водным транспортом нефтепродукты учитывают в весовых единицах, умножая объем на соответствующий коэффициент.

Объем определяют двумя способами:

по замеру уровня нефтепродукта в судне и таблицам емкости танков; по замеру уровня в береговых резервуарах и соответствующим калибровоч­

ным таблицам.

Второй способ наиболее точный и имеет преимущественное распространение на водном транспорте. Калибровочные таблицы составляются в кубических мет­ рах на 1 мм высоты резервуаров с учетом поправок на уклон и деформацию,

а также наличия объема, занимаемого внутренним оборудованием. Эти таблицы утверждаются местными органами Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР. Для резервуаров, расположенных на рас­ стоянии более 2 км от нефтеналивного судна, количество нефтепродуктов учиты­

вается по калибровочным 'таблицам нефтеналивных судов. Чаще всего эксплуа­ тационники — судоводители и клиентура делают замеры по калибровочным табли­ цам, утвержденным для резервуара и для судна и сверяют результаты подсчетов.

Таким образом все нефтегрузы дважды проходят рубеж берег — судно и каж­ дый раз судоводители и специальный персонал Главнефтеснаба определяют количество груза объемным методом, как правило, вручную. В связи с этим после загрузки или разгрузки суда простаивают довольно длительное время в ожида­ нии окончания подсчета веса груза и оформления документации. При автомати­ зации учета количества перекачиваемых нефтепродуктов значительно снижаются простои флота и сокращается численность обслуживающего персонала.

Для автоматизации учета количества нефтепродуктов, перевозимых в судах, можно использовать соответствующие типы расходомеров и автоматических счет­ чиков. Расходомеры применяют как в качестве контрольно-измерительных при­ боров, так и в качестве датчиков систем автоматического регулирования и учета общего количества протекающей через датчик жидкости.

За последние годы в нашей стране скорректированы различные типы расхо­ домеров и автоматических жидкостных счетчиков, главным образом для малых потоков, не превышающих 100 м3/ч. Имеются образцы расходомеров с пропуск­ ной способностью 400—600 м3/ч и проектируются приборы на 1000—2000 м3/ч.

По техническим условиям ряд приборов рассчитан для измерения однородных потоков, но могут быть приспособлены для самых различных жидкостей. Для учета количества загружаемых или разгружаемых нефтепродуктов наиболее при­ емлемы счетчики объемного типа.

Изготовлением счетчиков занимается в основном СКВ «Нефтехимприбор» в Баку и Ливненский завод жидкостных счетчиков и автоматических устройств. Жидкостные счетчики выпускаются во многих странах мира. В Советском Союзе разработаны конструкции новых типов счетчиков с пропускной способностью до 1800 м3/ч. За рубежом получили распространение портативные счетчики турбин­

ного типа.

В табл. 28 приведены характеристики различных типов счетчиков пропуск­ ной способностью 100 м3/ч для учета количества перекачиваемых нефтепродук­

тов.

131

1 32

Алгоритмы управления грузовыми операциями для основных типов речных нефтеналивных судов

Как указывалось выше, при любом способе управления грузовыми опера­ циями (ручном, дистанционном или автоматическом) необходимо располагать описанием последовательности операции. Составление такого описания — алгорит­ ма — основано на применении типовых технологических схем и конкретизируется

для каждого типа судна.

Ниже в табличной форме приводятся алгоритмы управления грузовыми опе­ рациями для речных нефтеналивных судов основных типов (табл. 29—37)

Таблицы содержат описание этапов операции и возникающей при этом ситуа­ ции _ положения корпуса, уровня груза в танках, а также указания на элементы

регулирования.

Соответственно этому описанию в таблицах даны указания о том, в каком положении должны находиться переборочные клинкеты — открыты или закрыты. Часть клинкетов открывается на отдельных этапах операции не полностью. Та­ кие клинкеты называются регулируемыми и в таблицах их номера выделены полужирным шрифтом. Остальные клинкеты открываются или закрываются толь­ ко в начале и конце всей операции загрузки или разгрузки. Клинкеты обозначе­ ны номерами танков, между которыми они находятся.

Схема расположения грузовых танков и переборочных клинкетов баржи грузоподъемностью 12 000 тс типа «Анадырь»:

а — при загрузке; б — при разгрузке

134

135

136