Системы контроля состояния подсистем танкера, с использованием современной элементной базы

Системы контроля состояния подсистем танкера, с использованием современной элементной базы

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. УПРАВЛЯЮЩИЙ КОМПЛЕКС ТАНКЕРА
• 1.1 Группы комплексной автоматизации судов
• 1.2 Комплексная автоматизация управления вспомогательными механизмами энергетических установок и судовых систем
• 1.3 Структура управляющего комплекса
• 1.4 Конструктивное построение управляющего комплекса
• 2. ОПИСАНИЕ СИСТЕМ НЕФТЕНАЛИВНОГО ТАНКЕРА "ПОБЕДА"
• 2.1 Общие сведения
• 2.2 Общее расположение и архитектура судна
• 2.3 Техническое описание системы кондиционирования воздуха
• 2.3 Противопожарная система
• 2.4 Осушительно-балластная система
• 3. АНАЛИЗ ПОДСИСТЕМ СУДНА
• 3.1 Подсистема пожаротушения
• 3.1.1 Водяное пожаротушение
• 3.1.2 Спринклерная система пожаротушения
• 3.1.3 Система орошения палубы водой
• 3.1.4 Система инертных газов
• 3.1.5 Система пенотушения
• 3.2 Подсистема кондиционирования воздуха
• 3.3 Осушительно-балластная подсистема
• 4. АЛГОРИТМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
• 4.1 Алгоритм первичной обработки сигналов с датчиков и выработки экстренных сообщений
• 4.2 Алгоритм проверки на достоверность
• 4.3 Алгоритмы фильтрации
• 4.4 Алгоритм проверки на технологические границы
• 5. ТЕХНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ
• 5.1 Выбор датчиков
• 5.2 Выбор исполнительных механизмов
• 5.3 Расчет разрядности АЦП и МК
• 5.4 Схема соединения устройств автоматизации
• 5.4.1 Общие характеристики модулей серии ADAM-4000
• 5.4.2 IBM PC-совместимый контроллер связи ADAM-4500
• 5.4.3 Модули аналогового ввода серии ADAM-4000
• 5.4.4 Восьмиканальный модуль аналогового ввода ADAM-4017
• 5.4.5 Модули аналогового вывода серии ADAM-4000
• 5.5 Конструктивное исполнение разработки
• 6. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
• 6.1 Реализация диспетчерского уровня системы
• 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА
• 7.2 Обоснование выбора аналога для сравнения
• 7.3 Обоснование критериев сравнения разрабатываемого устройства с аналогом
• 7.4 Расчет затрат на этапе проектирования
• 7.5 Расчет трудоемкости разработки программного продукта
• 7.6 Стоимостная оценка разработки
• 8. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
• 8.1 Оценка напряженности работы оператора ПЭВМ
• 8.2 Санитарно-гигиенические требования к условиям труда операторов
• 8.3 Оценка возможности возникновения чрезвычайной ситуации
• 8.4 Экологичность проекта
• 9. СОЦИАЛЬНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
• ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

На судах торгового флота отдельные устройства и приборы механической, гидро- и электроавтоматики стали нормой оборудования только после второй мировой войны. Они появились на основе опыта разработки и эксплуатации соответствующих корабельных установок. Первоначальный этап автоматизации судов отличался бессистемностью. Автоматизировались отдельные судовые механизмы, установки, чаще всего вспомогательные. Так появились авторулевые, дистанционно управляемые насосы, дизель-генераторы и т. д. При этом автоматика, производившаяся фирмами - изготовителями установок, имела пеструю и взаимно несовместимую физическую основу и элементную базу - от чистой механики и до электронно-ламповой техники.

Резкий скачок в развитии судовой автоматики наблюдался в 60 - 70-е гг., когда она стала экономически выгодной, позволяя оптимизировать режимы эксплуатации судов. В это время была разработана и проверена в эксплуатации автоматизация основных судовых установок и механизмов - от главного двигателя и до общесудовых систем и грузового оборудования. Однако вся эта автоматика состояла из малонадежных разнородных локальных устройств. Их обслуживание и ремонт в море силами экипажа были на грани возможного.

Появление надёжных, помехоустойчивых и экономичных аналоговых и логических микросхем и особенно микропроцессоров, а также совершенствование и миниатюризация исполнительных электромеханических элементов и датчиков предоставили качественно новую электрическую элементную базу для современного - этапа развития автоматизации судов. Этот этап, начавшийся с внедрения микроэлектронных ЭВМ в судовые системы управления, характерен следующими особенностями:

- комплексным системным характером автоматизации, охватывающей все стороны функционирования судна как специфического транспортного средства во всей их взаимосвязи;

- сбалансированным распределением высших функций управления между человеком и управляющей ЭВМ с учетом эргономических, психологических и экономических требований;

- использованием математизированных моделей управления и автоматическим отысканием оптимума по заданному критерию, использованием самонастраивающихся и обучающихся структур на основе мощных ЭВМ, предоставляющих возможность иметь обширную библиотеку программ.

Целью данного дипломного проекта является - разработка микропроцессорной системы контроля состояния подсистем танкера, с использованием современной элементной базы и алгоритмов контроля и управления.

1. УПРАВЛЯЮЩИЙ КОМПЛЕКС ТАНКЕРА

1.1 Группы комплексной автоматизации судов

Все установки и системы судов по охвату комплексной автоматизацией судна (КАС) принято подразделять на следующие взаимосвязанные группы, системы (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Группы комплексной автоматизации судна

1. Компьютерная система эксплуатационно-организационного и экономического планирования рейса, характеризующаяся связями с береговыми системами управления - пароходства, фрахтовых организаций, грузополучателей и грузоотправителей. Для грузового судна эта система носит обычно вспомогательный характер, задавая некоторые обобщенные исходные данные для кораблевождения и грузоопераций. Однако для таких судов, как пассажирские, рыбопромысловые, паромы и др. с развитой сетью обслуживания, учета, эта система имеет большую самостоятельную роль и использует центральную ЭВМ общего применения.

2. Система автоматизированной грузообработки, решающая задачи загрузки и выгрузки грузов, их размещения в судовых помещениях с учетом совместимости и портов назначения, учета их вида, количества, массы. При этом производятся расчеты осадки, крена и дифферента, напряжений в связях корпуса, оцениваются остойчивость судна, допустимые пределы крена на волнении и т. п. При специальных грузах (нефть, замороженная рыба, фрукты) эта система, в этом случае имеющая особый пост управления грузооперациями (ПУГО, рис. 2) обеспечивает управление операциями по активному хранению грузов (создание и поддержание пожаровзрывобезопасной атмосферы в танках, надлежащего процесса замораживания и вентиляции трюмов).

3. Система судовождения, решающая с помощью специализированной навигационной ЭВМ (НВМ) навигационные задачи (расчет курсов, времени поворотов, периодического определения места судна по спутниковым и радионавигационным системам, ведение текущего счисления и прокладки), задачи безопасного расхождения с судами и другими препятствиями с помощью РЛС, задачи коррекции курсов в соответствии с метеопрогнозами и т. д.

4. Система автоматического управления энергетическими установками судна, в первую очередь его главной энергетической установкой (ГЭУ) и вспомогательными механизмами (ВМ) - наиболее традиционная для судовой автоматики - обеспечивает безвахтенное обслуживание машинного отделения (МО) посредством управляющей ЭВМ и системы централизованного контроля (СЦК), вырабатывая алгоритм и необходимые управляющие воздействия для пуска и остановки ГЭУ, маневровых режимов, отыскания и стабилизации наиболее экономичных маршевых режимов; обеспечивает согласованную работу всех вспомогательных механизмов, устройств подготовки топлива, электропитания и т. д.

5. Система управления общесудовыми системами (СС) - водяными, вентиляционной, отопительной, кондиционирования, противопожарной, бытового обеспечения экипажа и пассажиров, обеспечивающая дистанционное управление с мостика швартовными операциями, якорными устройствами, процессами дифферентовки и балластирования судна и т. д. Для этой системы характерна сеть рассредоточенных объектов управления, требующих использования принципов телеуправления и телесигнализации. При наличии ПУГО там размещается часть управления и контроля судовых систем.

Все эти системы в большей или меньшей степени взаимодействуют друг с другом не только через управляющую судном ходовую вахту и центральную ЭВМ в ходовой рубке (ХР), но и путем обмена сигналами взаимоблокировок, синхронизации, информацией общего характера. Современные судовые автоматизированные комплексы, пройдя стадию высокой централизации, когда все процессы управления формировались единственной на судне мощной ЭВМ, теперь строятся по пирамидальной иерархической структуре, обеспечивающей живучесть системы в целом и сохраняющей большую часть своих функций при повреждении какого-либо звена структуры.

Самый верхний уровень иерархической структуры управления судном, представленный взаимодействующими оператором ЦПУ, вахтенным штурманом и рядом ЭВМ - навигационной (НВМ), центральной (ЦВМ) и управляющей (УРМ), - получает и контролирует наиболее обобщенную информацию о состоянии судна и его устройств, принимает генеральные решения по управлению, не разбитые на отдельные алгоритмические цепочки и без конкретных адресов. Таким решением может быть, к примеру, перекачка рассчитанной по остойчивости судна части топлива с борта на борт для устранения крена. Ни цистерны, содержащие подлежащее перекачке топливо, ни номера насосов и клапанов топливных магистралей на этом верхнем уровне не уточняются.

Команда пересылается в расположенный ниже иерархический уровень - уровень подсистем. Установленная в ЦПУ судна одна из микроЭВМ, обслуживающая судовые системы (СС) и специализированная на решении задач данного класса, пользуясь сигналами о заполнении цистерн, состоянии магистралей и т. п., а также вариантами программ, записанных в памяти ПЗУ, анализирует имеющиеся обстоятельства и, выбрав вариант, определяет подлежащие пуску конкретные узлы системы.

Генеральные команды пуска и режима этих узлов передаются в соответствующие звенья еще более низкого иерархического уровня, уровня управляющих блоков. Аппаратура этого уровня выполнена на основе наборов логических микросхем, а в последнее время - микропроцессоров и микроконтроллеров, с обеспечивающими логическими устройствами. Она вырабатывает (чаще всего по некоторой заранее заданной, жесткой программе) набор управляющих сигналов, распределенных во времени и пространстве (по объектам) и адресованных конкретным локальным регуляторам и управляющим устройствам. Связи между звеньями аппаратуры этого уровня позволяют исключить запредельные режимы, неразрешенные состояния. Сигналы, передающиеся в самый нижний уровень автоматики, обычно подвергаются цифроаналоговому преобразованию.

Устройства локальной автоматики размещаются непосредственно на объектах управления и локальных постах машинного отделения МО с дублированным ручным управлением. На рисунке 1.2 указаны следующие локальные посты: у дизельной ГЭУ, вспомогательных механизмов ВМ, механизма изменения шага винта (МИШ), пост рулевой машины (РМ), установки инертных газов (СИГ), дизель-генераторов (ДГ), насосных станций (НС), якорно-швартовных устройств (ЯШУ) на баке и юте, в выгородке подруливающего устройства (ПРУ), у шлюпбалок и на верхней палубе у аварийного дизель-генератора (АДГ).

Рис. 1.2 Локальные посты автоматики

Устройства локального нижнего уровня автоматики обеспечивают непосредственное управляющее воздействие на объекты и измерение контролируемых величин, в силу чего локальные регуляторы и стабилизаторы построены преимущественно на электромеханических и электрогидравлических механизмах и датчиках, которые имеют аналоговый характер действия.

Результаты исполнения команд, воспринятые измерительными датчиками и сигнализаторами, в виде соответствующих наборов сигналов передаются наверх, по пути подвергаясь обработке и обобщению соответственно уровню иерархической структуры. В конце концов, обширная конкретная информация об исполнении задачи перекачки топлива может отобразиться перед оператором зажиганием какого-то сигнального светодиода на мнемосхеме судовых систем, размещенной, скажем, в ПУГО.

Доля комплексно автоматизированных судов мирового флота сегодня составляет 60... 70 %, причем в их число входят все крупные суда, водоизмещением более 20 тыс. т. Регистр России, присваивая вновь построенному или модернизированному судну классификационный символ, отмечает и уровень его автоматизации.

Конкретные требования к свойствам и устройствам автоматизации отдельных судовых установок и систем для судов разных типов определяются периодически обновляемыми Правилами Регистра России, в которых учитывается достигнутый технический уровень и опыт, накопленный морской практикой.

1.2 Комплексная автоматизация управления вспомогательными механизмами энергетических установок и судовых систем

Назначение и особенности вспомогательных механизмов энергетических установок и судовых систем. Вспомогательные механизмы предназначены обслуживать энергетические установки и общие нужды судна. Вспомогательные механизмы энергетических установок обеспечивают охлаждение машин, смазку, подачу топлива и воздуха в машинное и котельное отделения. Общие нужды судна обслуживаются системами для удаления и принятия водяного балласта, удаления трюмной воды, тушения пожара, снабжения пассажиров и команд питьевой и мытьевой водой, вентиляции судовых помещений и т. п. Системы управления этими объектами включают большое число запорных клапанов и АЭП.

Судовыми системами принято называть совокупность вспомогательных механизмов: напорных средств, трубопроводов, арматуры и приводов управления, предназначенных для перемещения жидкостей и газов, поддержания заданного давления и температуры, необходимых для обеспечения всех нужд судна.

Для работы вспомогательных механизмов энергетических установок и судовых систем, а также органов управления ими характерно то, что они должны находиться в одном из двух устойчивых состояний (включено -- выключено, открыто -- закрыто), определяемых режимом работы установок. Управление механизмами осуществляется в соответствии с алгоритмом, определяющим заданную последовательность выполнения операций.

При нулевом уровне автоматизации управления включение и выключение механизмов в заданной последовательности осуществлялось вручную и не обеспечивало требуемого качества и надежности управления, особенно в аварийных ситуациях. При этом требовалось значительное время для выполнения операций и наличие большого количества обслуживающего персонала, ввиду территориальной рассредоточенности установок. Поэтому возникла необходимость в автоматизации процессов управления отдельными механизмами и устройствами -- первый уровень автоматизации управления. В дальнейшем перешли к автоматизации отдельных локальных систем (система управления энергетической установкой, САУ электроэнергетической системой и др.) -- второй уровень автоматизации.

Необходимость централизации управления совокупностью локальных систем из ЦПУ, а также необходимость повышения эффективности эксплуатации судов, ликвидации вахт и дежурств потребовали создания управляющего комплекса вспомогательными механизмами энергетических установок и судовых систем -- третий уровень автоматизации.

Вопросы проектирования управляющего комплекса. При проектировании управляющего комплекса выполняются: 1) формализация алгоритмов управления отдельного ОУ и алгоритмов централизованного контроля и управления совокупностью объектов управления; 2) разработка функциональных схем, реализующих заданные алгоритмы и отвечающих принятым критериям; 3) определение типа и мощности двигателей к ОУ, выбор элементной базы; 4) преобразование функциональных схем в принципиальные, отражающие размещение и компоновку элементов систем и комплекса, а также реализация принципиальных схем на типовых элементах.

Одним из наиболее ответственных этапов, является этап формализации алгоритма управления и контроля. В качестве примера рассмотрим алгоритмы управления вспомогательными механизмами транспортного судна, обеспечивающие автоматический, пуск и остановку дизель-генераторной установки, а также главного двигателя. Процесс введения в действие главной энергетической установки судна, как правило, начинается с запуска дизель-генератора, а затем главного двигателя. При этом должен выдерживаться определенный порядок включения механизмов и устройств с соблюдением ряда условий. Кроме того, должна быть предусмотрена возможность введения в действие резервного агрегата или установки. Так как запуск силовой установки производится без участия оператора, то необходимо составить подробные алгоритмы управления.

1.3 Структура управляющего комплекса

В состав управляющего комплекса вспомогательных механизмов и судовых систем входят объекты управления ОУ, автоматизированные приводы АП, системы связанного управления ССУ, системы обработки и системы представления информации СОИ и СПИ, системы контроля и пульты управления. Однако состав и характеристики элементов комплекса обладают определенной спецификой. Объектами управления в данном случае являются вспомогательные механизмы и судовые системы: насосы различного назначения, вентиляторы, воздуходувки, компрессоры, запорная арматура и т. п., рассредоточенные по всему судну.

В соответствии со структурой комплекса на его функциональной схеме (рис. 1.3) выделены следующие уровни автоматизации управления.

Нулевой уровень -- ручное управление РУ отдельными объектами.

Первый уровень -- дистанционное управление, которое обеспечивается с помощью автоматизированных приводов АП.

Рис. 1.3 Функциональная схема уровней автоматизации

Управление приводами осуществляется с местных постов управления МПУ, оснащенных необходимой контролирующей аппаратурой. При этом возможны два вида, управления: без обратной связи по регулируемым параметрам и с обратными связями.

Второй уровень автоматизации управления -- управляющий-комплекс локальных систем управления, в состав которого входят собственно система управления УС, обеспечивающая выполнение операций в соответствии с заданными алгоритмами по управлению рядом объектов, а также системы обработки информации СОИ и контроля СК. В нормальных условиях локальная управляющая система ЛАСУ обеспечивает функционирование системы без участия оператора. В случае необходимости изменения режима или аварии оператор может на основе информации, получаемой от системы представления информации СПИ, подавать команды, с помощью управляющих органов УО поста управления. Пост управления может быть расположен на ходовом мостике -- центральный пост управления ЦПУ -- или в машинном отделении.

Третий уровень автоматизации управления -- управляющий комплекс судна, который обеспечивает управление совокупностью УК ЛАСУ на основе алгоритмов централизованного управления и контроля.

1.4 Конструктивное построение управляющего комплекса

Особенности автоматизации судовых систем определяются не только их составом и связями между основными элементами, но и схемой размещения, а также конструктивным исполнением этих элементов. Обычно управляющая система конструктивно реализуется в виде блоков аппаратуры, расположенных в ЦПУ и МПУ, причем последние размещаются, как правило, в тех же помещениях, где находятся ОУ. В состав комплекса входят также АП, датчики и сигнализаторы. На лицевую панель ЦПУ выводятся ключи дистанционного управления системой, кнопки управления, контрольные приборы, табло и мнемосхемы.

Система управления и система обработки информации могут компоноваться в виде отдельных конструктивных блоков или размещаться в пультах ЦПУ и МПУ, причем в МПУ может выполняться предварительная обработка информации, поступающей от датчиков, а также усиление сигналов управления. Связь между ЦПУ и МПУ может осуществляться по телемеханическим системам связи с электрическим, временным или частотным разделением сигналов. В системах с электрическим разделением сигналов каждый сигнал подается по своей линии связи. Такие системы просты по устройству и надежны в работе, однако при большом числе ОУ резко возрастает число подводимых кабелей, трудоемкость прокладки которых лимитирует применение систем данного вида. Системы с временным или частотным разделением требуют введения дополнительных устройств, осуществляющих телемеханические связи.

Проектирование автоматизированной системы производится в соответствии с характеристиками объекта управления -- вспомогательных механизмов, предназначенных для обслуживания силовых установок и судовых систем. Наиболее часто встречающимися вспомогательными механизмами являются насосы и вентиляторы. Расход пара на эти механизмы обычно составляет 10-20% общего расхода пара на судне, а в некоторых режимах - до 30%. Таким образом, вспомогательные механизмы в значительной степени определяют экономичность установки в целом. Автоматизированный электропривод вспомогательных механизмов позволяет снизить расход пара на 15-20% по сравнению с его расходом паровыми вспомогательными механизмами. Этим объясняется широкое применение электрифицированных вспомогательных механизмов на судах с пароэнергетическими установками. На судах с тепловыми двигателями наиболее удобным и экономичным средством распределения энергии также является АЭП. Поэтому в настоящее время все вспомогательные механизмы электрифицированы. Кроме экономии в расходе топлива АЭП вспомогательных механизмов обеспечивает большую готовность к действию и возможность дистанционного управления и автоматического пуска механизма в зависимости от режима работы установки. Это повышает надежность работы, облегчает эксплуатацию установки и позволяет уменьшить численность обслуживающего персонала. На основании вышеизложенного материала определим функциональную схему системы (приложение 4).

2. ОПИСАНИЕ СИСТЕМ НЕФТЕНАЛИВНОГО ТАНКЕРА "ПОБЕДА"

2.1 Общие сведения

Назначение судна - перевозка нефти и нефтепродуктов, одновременно до 4-х сортов с возможностью выгрузки любого из них в различных портах.

Район плавания - неограниченный. Тип судна - одновинтовой, однопалубный, дизельный танкер с баком, с кормовым расположением машинного и насосного отделений и жилых помещений, с наклоном в крейсерской нормой, срезанной по типу транца выше ватерлинии, с двойным дном, двойными бортами и одной продольной переборкой в танковой части.

Главные размерения:

- длина наибольшая 242,8 м

- длина между перпендикулярами228,0 м

- ширина 32,2 м

- высота борта у миделя18,0 м

- спецификационая осадка с грузом

плотностью =0, 81 т/м3 и полными запасами12,50 м

- осадка по летнюю грузовую марку13,62 м

- наименьшая теоретическая высота между палубных пространств в жилых и служебных помещениях2,40 м

- высота двойного дна в р-не 28-70 шп2,15 м

- высота двойного дна в р-не 70 - 110 шп2,40 м

- ширина двойного борта в танковой части 2,00 м

- погиб бимсов верхней палубы0,50 м

- седловатость верхней палубы:

на носовом перпендикуляре481 мм

на кормовом перпендикуляре1013 мм

Водоизмещение судна в морской воде плотностью 1,025 т/м3 при осадке по летнюю грузовую марку составляет около 84500 т.

При перевозке груза плотностью = 0,81 т/м3 с полностью заполненными танками водоизмещение судна в морской воде при 50% запасов составляет около 75000 т. при посадке 12,15 м.

Вместимость (нетто) грузовых танков - 71100м3. На судне имеется 16 грузовых танков - по 8 танков с каждого борта, из которых танки № 8 являются отстойными. Грузовые танки по количеству сортов одновременно перевозимого груза разделены на 4 группы. Изолированный балласт располагается в двойном дне, двойных бортах и пиках. Таблицы вместимости грузовых танков и балластных систем приведены в приложении 2.

2.2 Общее расположение и архитектура судна

Судно выполнено однопалубным, с баком и с 6-ти ярусной прямостенной рубкой в кормовой оконечности. Жилая часть рубки сформирована в 4-ярусный блок башенного типа, отделённый от шахты МКО и дымоходов. Корпус судна разделен на 11 водонепронецаемых отсеков 10 поперечными переборками.

Расположение на судне противопожарных переборок, выгородок дверей и изоляции соответствует требованиям пожарной безопасности. Комплекс жилых помещений спроектирован с учетом возможности их обстройки модульными конструктивными элементами, выполненными в размерной системе М 100.

2.3 Техническое описание системы кондиционирования воздуха

Система кондиционирования воздуха предназначена для искусственной обработки воздуха, подачи его в помещения судна с целью обеспечения и поддержки в них комфортных параметров воздушной среды (температуры, влажности, подвижности, газового состава).

Система кондиционирования обслуживает жилые, общественные, медицинские и служебные помещения с длительным пребыванием членов экипажа.

Система кондиционирования воздуха обеспечивает:

летом при параметрах наружного воздуха

С и в помещениях С и ;

зимой при параметрах наружного воздуха

С и в помещениях С и .

В тех случаях, когда не требуется ни охлаждение, ни нагрев воздуха, наружный воздух, очищенный от пыли нагнетается к воздухораспределителям. В этот период теплоноситель и хладон к теплообменникам не подается.

Приемный трубопровод состоит из воздухозаборных устройств, решеток, газонепроницаемых крышек, грибовидной головки и предназначен для подвода смеси наружного и рециркуляционного воздуха к центральным и автономному кондиционеру.

Центральные кондиционеры "Бриз-30" и "Бриз-56" предназначены для очистки и тепловлажностной круглогодичной обработки подаваемого в помещения воздуха. Перечень оборудования и арматуры подсистемы кондиционирования воздуха приведен в таблицах 2.2. и 2.3.

Таблица 2.2. Перечень оборудования подсистемы кондиционирования

2.4 Противопожарная система

Для подачи воды к пожарным рожкам предусмотрена противопожарная водная система, обслуживаемая одним насосом НЦВ 100/100А и двумя насосами НЦВ220/100А.

Производительность всех насосов обеспечивает одновременную работу противопожарной водяной системы, системы пенотушения и системы орошения шлюпок.

Система постоянно находится под давлением, для чего в МО установлена пневмоцистерна.

При падении давления в пневмоцистерне до 0,8 МПа (8 кгс/см2) автоматически включается насос НЦВ 100/100А, при достижении в пневмоцистерне давления 1 МПа (10 кгс/см2) насос автоматически выключается. При работе насоса НЦВ 100/100А и падении давления в трубопроводе до 0,6МПА (10 кгс/см2)автоматически включается один из насосов НЦВ 220/100А.

Для аварийных целей в насосном отделении установлен пожарный дизель - насос ДПНС 220/100 от самостоятельного кингстона; насос НЦВ 220/100А от канала охлаждения главного двигателя; насос НЦВ 100/100А от приемной трубы балластного насоса.

Пожарная система выполнена по кольцевой схеме в районе кормовой надстройки и по линейной схеме в остальной части судна.

Система паротушения обеспечивает защиту:

- дымоходов вспомогательных котлов;

- утилизационного котла;

- глушителей вспомогательных дизель-генераторов;

- глушителя аварийного дизель-генератора;

- искрогасителей дымоходов котлов;

- искрогасителя газовыхлопа главного двигателя.

Коллектор паротушения расположен на верхней палубе в котельном отделении. Подача пара давлением 0,50 - 0,70 МПа (5-7 кгс/см2) на коллектор паротушения производится от утилизационного и нефтяного котлов.

Основным средством тушения пожара в танках ГНО, на верхней палубе в районе танков, в топливных бункерах, расположенных вне машинного отделения, ННО и малярной является система пенотушения.

Расчетное количество пенообразователя хранится в двух резервуарах, установленных в станции пенотушения, расположенной на верхней палубе в районе 71-73 шп ПрБ.

Вода на работу системы пенотушения подается насосами пожарной водяной системы.

Система выполнена со стационарной разводкой трубопроводов по танкам, с применением для подачи пены в танки и на верхнюю палубу в районе танков переносных пеногенераторов ГСП-600 (кратность пены 700-100:1) и стационарных пеноводяных лафетных стволов (кратность пены 10:1). Подача пены в топливные бункеры, ННО и ГНО производится только при помощи переносных пеногенераторов.

Основным средством пожаротушения в машинно-котельном отделении является система объемного химического тушения, состоящая из станции "СОП" и разводящих трубопроводов с распылителями в МКО. Система работает на фреоне 114В2. Станция расположена на палубе 1 яруса в районе 90-94 шп ПрБ. Пуск системы ручной из помещения станции.

Для предупреждения людей, находящихся в МКО, о пуске системы в действие, предусмотрена звуковая и световая сигнализация.

Для тушения пожара в главном двигателе и помещении аварийного дизель-генератора соответственно в машинном отделении и в помещении СОП установлены по одной углекислотной батарее БМ2.000.

Все грузовые и отстойные танки оборудованы системой инертных газов и для предупреждения возможности взрыва и пожара в этих отсеках путем создания и поддержания в них атмосферы с низким содержанием кислорода не свыше 8% по объему.

Для целей инертизации грузовых и отстойных танков использованы охлажденные и очищенные дымовые газы вспомогательных котлов.

Охлаждение газов от температуры на выходе из вспомогательных котлов до температуры не свыше 338К (65°С), а также очистка их осуществляется забортной водой в малогабаритном контактном аппарате пенного типа.

Подача инертных газов в танки производится центробежной газодувкой ТГ-170-1, 1 номинальной производительностью 10300 м3/ч при давлении 23 кПа (2300 кгс / м2). Предусмотрен 100% резерв.

Во всех грузовых и отстойных танках поддерживается избыточное давление не свыше 8 кПа (800 кгс / м2).

Для обеспечения эффективного газо- и воздухообмена каждый танк оборудован продувочной трубой. Предусмотрена возможность вентиляции грузовых и отстойных танков наружным воздухом с использованием для подачи воздуха газодувки инертных газов. Основное оборудование системы инертных газов расположено в самостоятельном помещении, оборудованном эффективной вентиляцией и телефонной связью.

2.5 Осушительно-балластная система

Для осушения МКО предусмотрены два балластно-осушительных самовсасывающих центробежных электронасоса. НЦВС160/30А-П и один осушительный винтовой электронасос 2ВВ-6, 3/16-6, 3/4Б.

Осушительным винтовым насосом, установленным в МКО, также осушается цистерна сбора вод, загрязненных нефтепродуктами.

Для предотвращения загрязнения моря нефтепродуктами откачка льяльных вод за борт производится осушительным винтовым электронасосом, установленным в МКО, через сепаратор трюмных вод СК-10М. В особых районах плавания откачка этих вод производится в цистерну сбора льяльных вод, которая расположена в двойном дне машинного отделения.

Предусмотрена возможность откачки из цистерны льяльных вод МКО за борт через сепаратор трюмных вод СК-10М.

Для автоматического контроля нефтесодержания сливаемых за борт вод предусмотрена система "SOP".

Слив нефтепродуктов из сепаратора льяльных вод производится в цистерну сбора нефтеостатков, расположенную в МКО. Осушение носового насосного отделения производится самостоятельным осушительным винтовым электронасосом 2ВВ-6, 3/16-6, 3/4Б, установленным в ННО, в цистерну сбора льяльных вод ННО, расположенную там же с возможностью перекачки в цистерну льяльных вод МКО.

Запуск осушительных винтовых электронасосов при осушении МКО и ННО, автоматический от датчиков верхнего уровня установленных в кормовом колодце МКО и в колодце ННО, остановка от датчика нижнего уровня и по срыву давления.

Запуск осушительных винтовых электронасосов при осушении других помещений производится вручную.

Осушение грузового насосного отделения и трубопроводов грузовой системы производится электропоршневым насосом ЭНП25/2, установленным в ГНО, в цистерну, расположенную там же в районе 72-73 шп ПрБ.

Осушение цепных ящиков и помещений под палубой бака производится осушительным эжектором ВЭЖ6,3.

Рабочая вода к эжектору подводится от противопожарной водяной системы.

Во всех осушаемых помещениях судна установлены осушительные приемники с трубами присоединяемые через клапаны или клапанные коробки к соответствующим насосам и эжектору.

Для приема и удаления балласта из форпика и ахтерпика предусмотрена балластная, система которая обслуживается двумя самовсасывающими балластно-осушительными электронасосами НЦВС160/30А-П, установленными в МКО (см. осушительная система) и одним самовсасывающим балластным насосом НЦВС250/30А-П, установленным в ННО.

3. АНАЛИЗ ПОДСИСТЕМ СУДНА

3.1 Подсистема пожаротушения

Активная противопожарная защита (АПЗ) танкера представляет собой комплекс мероприятий, с помощью которых можно:

а) быстро обнаружить очаг пожара;

б) успешно ликвидировать пожар.

Эти мероприятия осуществляют с помощью специальных средств АПЗ: систем и устройств пожарной сигнализации; систем тушения пожаров; первичных средств.

В первую группу средств АПЗ входят системы пожарной сигнализации. Системы пожарной сигнализации -- это устройства, с помощью которых осуществляется наиболее раннее обнаружение пожаров и оповещение. Системы различаются по принципу обнаружения очага пожара. Системы тушения пожаров (вторая группа средств АПЗ) делятся на четыре вида в зависимости от способа воздействия на очаг пожара. Каждый вид объединяет несколько конкретных систем, различающихся по типу используемой огнетушащей среды.

Устройство систем пожаротушения, их конструкция зависят от используемого принципа тушения. Рассмотрим различные способы прекращения горения, основанные на физическом и химическом принципах.

3.1.1 Водяное пожаротушение

Вода является наиболее доступным и дешевым средством тушения пожаров на судах. Поэтому в настоящее время широко распространены системы водяного пожаротушения, водораспыления, водяного орошения, водяных завес, которые охлаждают горящую поверхность.

Система водяного пожаротушения состоит из следующих основных элементов: 1) пожарных насосов; 2) трубопроводов (приемных и напорных); 3) пожарных кранов (концевых клапанов); 4) приводов управления арматурой и насосами; 5) контрольно-измерительных приборов; 6) пожарных рукавов с быстросмыкающимися соединительными головками и стволами.

Минимальную производительность наименьшего пожарного назначают из условия подачи воды, необходимой для работы двух струй; максимальная производительность насосов на грузовых судах не требуется более 180 м3/ч. По правилам НВ этот предел равен 200 м3/ч, а для судов, строящихся на класс «F» - 300 м3/ч.

Минимальную производительность аварийных пожарных насосов рассчитывают отдельно в зависимости от вместимости судна.

Если пожарные насосы используют для обеспечения забортной водой других систем пожаротушения, то их производительность определяют, исходя из наибольшего расхода воды. Лишь в правилах PC, БО и проекте правил ОТНК исходят из потребности в воде одной из систем пожаротушения и работы двух -- шести пожарных стволов. Вследствие этого, а также ограниченного выбора размеров имеющихся насосов фактическая производительность пожарных насосов значительно больше расчетной.

3.1.2 Спринклерная система пожаротушения

В группу систем пожаротушения распыленной водой входят: а) спринклерная, предназначенная для тушения пожаров в жилых и служебных помещениях, с автоматическим управлением б) дренчерная, принцип действия подобен спринклерной, с ручным или автоматическим управлением; в) верхнего и нижнего водораспыления в машинных отделениях для тушения остатков нефтепродуктов, с ручным управлением; г) тушения тонкораспыленной и аэрированной водой, с ручным управлением. В группу защитных систем входят: а) орошения палуб наливных судов с целью снижения испарения грузов при плавании в жаркое время года, с ручным управлением; б) орошения сходов и вахт в машинных и котельных отделениях, используемые главным образом при местных пожарах, с ручным управлением; в) водяной защиты пожарной команды, а также самого судна при тушении пожаров на других судах или береговых объектах, с ручным управлением; г) орошения помещений, предназначенных для хранения легковоспламеняющихся или взрывчатых веществ, с автоматическим управлением; д) орошения переборок, проходов, конструкций при пожаре в смежных помещениях или рядом расположенных районах судна, с автоматическим и ручным управлением; е) водяных завес, препятствующих распространению огня в помещениях больших площадей, проходах, с автоматическим и ручным управлением.

Это разделение систем довольно условно, так как в результате их действия происходит одновременно эффект тушения и защиты. Подробно рассмотрим спринклерные системы, так как в соответствии с различными национальными правилами они должны быть установлены на всех судах, с персоналом более 26 человек. Требования этих правил к спринклерным системам в основном совпадают и сводятся к следующему: системы должны включаться автоматически при повышении температуры в охраняемом помещении до заранее установленной величины; иметь питание как от специального спринклерного насоса, так и от системы водяного пожаротушения; иметь пневмоцистерны с запасом пресной воды и воздушные компрессоры для подкачки пневмоцистерн; иметь сигнальное устройство, извещающее о срабатывании системы и указывающее место вскрывшихся оросительных насадок; иметь не менее двух источников энергии для питания спринклерного насоса, компрессора и сигнального устройства; подразделяться на секции.

Принцип действия спринклерных систем, механизмы и оборудование которых должны располагаться за пределами защищаемых помещений, заключается в том, что при повышении температуры в охраняемом помещении до определенной величины автоматически открываются отверстия в специальных оросительных насадках, называемых спринклерами.

Под действием давления в трубопроводе вода, проходя спринклер, распыляется на капли определенной величины, которые орошают палубу, стены и подволоку помещения.

1 - компрессор; 2 - баллон сжатого воздуха; 3 - сепаратор; 4 - предохранительный клапан; 5 - пневмоцистерна; 6 - подвод воды от системы водяного пожаротушения; 7 и 11 - КПУ, предназначенные для включения водопитателей; 8 - электронасос спринклерной системы; 9 - прием воды от кингстона; 10 - пусковое исполнительное реле насоса; 12 - магистраль спринклерной системы; 13 - групповое КПУ; 14 - групповой распределительный трубопровод; 15 - спринклер.

Рис. 3.1 Принципиальная схема судовой спринклерной системы

Конструктивно спринклерная система состоит из источников питания водой; контрольно-пускового (сигнального) устройства, в нашем случае это датчики температуры, размещенные в помещениях судна; сети трубопроводов; спринклеров, включающих датчики, реагирующие на повышение температуры при пожаре в помещении, и автоматические запорные устройства, которые обеспечивают подачу распыленной струи в очаг пожара (рис. 3.1).

В зависимости от температуры воздуха в защищаемых помещениях спринклерные системы бывают водяные, воздушные и комбинированные.

Водяная спринклерная система имеет постоянно заполненные водой магистральные и распределительные трубопроводы со спринклерами. Этой системой оборудуют помещения, в которых температура воздуха не ниже 4° в течение всего года.

Воздушная спринклерная система имеет трубопроводы, заполненные водой лишь до контрольно-сигнального устройства, выполненного в виде воздушно-водяного клапана. Трубопроводы, расположенные за этим клапаном, наполнены сжатым воздухом. При возникновении пожара воздух выходит наружу через оросители, а система заполняется водой. Этой системой снабжают помещения, в которых температура воздуха в течение года может быть ниже 4°. Комбинированная система имеет одну часть трубопровода, заполненную воздухом, другую -- водой.

Водопитатели спринклерной системы состоят обычно из двух комплексов оборудования, предназначенных для подачи пресной воды под давлением в трубопровод системы в период «дежурного состояния» спринклеров. В этот комплекс входят пневмоцистерна и воздушный компрессор с баллонами, поддерживающий рабочее давление в системе и подающий воду к вскрывшимся спринклерам. Воздушный компрессор должен иметь:

· не менее двух источников энергии;

· запас воды в пневмоцистерне обычно принимается не менее 2500 л при рабочем давлении 1,5 кгс/см2;

· подачи морской воды под давлением в трубопровод системы в период «рабочего состояния» спринклеров.

Этот комплекс состоит из электронасоса, оборудованного специальной автоматикой включения и насоса системы водяного пожаротушения, обеспечивающего подачу необходимого количества забортной воды в трубопровод спринклерной системы.

На основании описанных принципов действия спринклерной системы, в рамках данного дипломного проекта:

1. выполним размещение датчиков температуры в помещениях судна на уровне 180 см от пола (16 датчиков температуры), не мене 50 см от дверей, окон и вентиляционных отверстий;

2. установим запорные устройства (исполнительные механизмы) в местах 6, 7, 9 и 11 указанных на рисунке 3.1 (4 запорных устройства);

3. обеспечим непрерывный мониторинг (в реальном времени) состояния датчиков температуры;

4. при несовпадении сигнала с датчика с технологическими параметрами реализуем:

4.1. автоматический и полуавтоматический запуск спринклерной подсистемы;

4.2. выдачу сигналов тревоги и индикацию аварийного участка на мнемосхеме оператора.

3.1.3 Система орошения палубы водой

В летнее время вследствие нагревания палубы и бортов происходит интенсивное испарение транспортируемых нефтепродуктов. Для уменьшения нагрева палубный настил и борта корпуса судов, перевозящих светлые нефтепродукты, окрашивают в светлые тона. Однако этого недостаточно для того, чтобы снизить температуру паров и верхних слоев груза в цистернах до требуемой величины. На наливных судах, перевозящих нефтепродукты с температурой вспышки паров менее 45°, над грузовыми цистернами, насосными отделениями и коффердамами предусматривают системы орошения палубы водой (рис. 3.2).

Водяной душ позволяет несколько охладить палубу и наружные части борта за счет испарения воды и, следовательно, уменьшить пожароопасное испарение. При перевозке тяжелых нефтепродуктов с температурой вспышки более 60-80° системы орошения палубы на судах, как правило, не применяют.

В систему орошения, включаемую вручную, воду подают пожарные насосы, находящиеся в районе носовой части корпуса, либо пожарные насосы, размещенные в машинном отделении. Магистральный трубопровод системы, проложенный под переходным мостиком, имеет ответвления к распылителям. На отдельных участках палубы магистраль системы орошения через ответвления, снабженные запорными устройствами, сообщается с магистралью системы водяного пожаротушения.

Расход воды в системе орошения составляет 0,015-0,017 л/с на 1 м2 площади.

Рис. 3.2 Принципиальная схема системы орошения палубы на наливном судне

До последнего времени для распыления воды применяли преимущественно перфорированные трубы, расположенные над палубным настилом с отверстиями диаметром 3-5 мм и шагом по длине трубы 150-200 мм. Рациональнее заменить эти трубы, затрудняющие перемещение по палубе, насадками с широким факелом распыла воды (рис. 3.2). Дренчеры или другие виды насадок следует размещать так, чтобы вся площадь палубы над грузовыми цистернами, грузовыми насосными отделениями и коффердамами орошалась равномерно. Поверхности орошения двух последовательно расположенных дренчеров должны частично перекрывать друг друга. Имеющиеся в настоящее время насадки при размещении их на высоте 3 м и при напоре воды перед ними, равным 5 м вод. ст., орошают 30-50 м2. Насадки могут создавать как круговой, так и секторный распыл с различной величиной угла факела.

На основании описанных принципов действия системы орошения палубы водой, в рамках данного дипломного проекта:

1. выполним размещение датчиков температуры на палубе судна на уровне 25 см от пола, на крышке каждого танка (8 датчиков температуры);

2. установим запорные устройства (исполнительные механизмы) в местах размещения каждой распыляющей насадки (8 исполнительных механизмов);

3. обеспечим непрерывный мониторинг (в реальном времени) состояния датчиков температуры;

4. при несовпадении сигнала с датчика с технологическими параметрами реализуем:

4.1. автоматический и полуавтоматический запуск оросительной подсистемы;

4.2. выдачу сигналов тревоги и индикацию аварийного участка на мнемосхеме оператора.

3.1.4 Система инертных газов

Инертный газ не только разбавляет атмосферу, но и в какой-то мере охлаждает, а также изолирует горящее вещество от кислорода атмосферного воздуха. Эти свойства инертных газов, зависящие от температуры, давления и плотности, выражены слабо, поэтому их обычно не учитывают при подсчете необходимого количества тушащей среды.

Обозначим буквой к содержание кислорода по объему в атмосфере помещения, при котором прекращается горение вещества. Чтобы достичь этого, необходимо на каждый кубометр объема помещения ввести инертный газ в объеме

.

При этом замещение 1% кислорода в воздухе будет сопровождаться замещением 3,75% азота. Следовательно, на каждый кубометр свободного объема помещения необходимо вводить инертный газ, объем которого

.

Так, если к=15%, то = 0,285 м3. Практически, учитывая возможные утечки тушащей среды, для прекращения горения на каждый кубометр свободного объема закрытого помещения вводят 30% инертного газа (по объему).

При заданном расчетном времени t (мин) подачи тушащей среды с удельным объемом vb (м3/кгс) расход ее на кубометр свободного объема помещения составит

.

Величина к зависит от рода горящего вещества, свойств огнетушащей среды, а также от их расходов и скорости подачи.

Вследствие токсичности огнетушащих сред системы необходимо оборудовать сигнализацией предупреждения, чтобы люди могли вовремя покинуть помещение.

Системы парового пожаротушения используют в грузовых трюмах сухогрузных и наливных судов, в угольных бункерах, топливных и масляных цистернах, коффердамах, грузовых насосных отделениях, в фонарных, малярных, кладовых и аналогичных помещениях, а также для тушения отдельных очагов пожара в закрытых помещениях. Огнетушащей средой системы является водяной насыщенный пар под давлением от 5 до 10 кгс/см2, который подают в охраняемое помещение с интенсивностью не менее 1,33 кгс/ч на 1 м3.

Пар для системы паротушения подают от главных или вспомогательных котлов по трубам на станцию паротушения, где установлен специальный распределительный коллектор.

От распределительного коллектора пар по независимым трубопроводам подается в защищаемые помещения. Диаметры труб, подводящих пар в отдельные помещения, принимают по расчету, исходя из условия обеспечения подачи пара с требуемой интенсивностью, но не менее 15мм для помещений небольшого объема и 25мм для грузовых трюмов.

На основании описанных принципов действия системы инертных газов, в рамках данного дипломного проекта:

1. выполним размещение датчиков температуры в каждом танке судна на уровне 15 см от крышки (8 датчиков температуры);

2. обеспечим непрерывный мониторинг (в реальном времени) состояния датчиков температуры;

3. при несовпадении сигнала с датчика с технологическими параметрами реализуем:

3.1. автоматический и полуавтоматический запуск оросительной подсистемы;

3.2. выдачу сигналов тревоги и индикацию аварийного участка на мнемосхеме оператора.

3.1.5 Система пенотушения

В качестве систем изоляции на судах широкое применение нашли различные системы пенного пожаротушения. Схема общего расположения системы воздушно-механического пенного пожаротушения на наливном судне приведена на рисунке 3.3.

Пена тушит очаг пожара в основном за счет:

1) охлаждения верхнего слоя горящего вещества и зоны пламени жидкой фазой разрушающейся пены. (Это охлаждение обусловлено большой теплоемкостью и теплотой парообразования воды, из которой состоит жидкая фаза. При подаче пены в очаг пожара ее первые порции полностью разрушаются и испаряются, при этом интенсивность испарения обусловлена большой площадью контакта пленок пузырьков с нагретыми газами. В результате создается над очагом пожара «паровая подушка», которая уменьшает парциальное давление кислорода в диффузионной зоне пламени при тушении воздушно-механической пеной. При тушении химической пеной эффект «паровой подушки» усиливается за счет выделения углекислоты. Все это уменьшает интенсивность горения и подготавливает условия, при которых пена, подаваемая в очаг, перестает разрушаться.);

2) изоляции горящего вещества от окружающего воздуха. (При этом слой пены препятствует проходу продуктов испарения горящего вещества в факел пламени. Эффект изоляции достигается только в том случае, если упругость паров горящего вещества недостаточна для преодоления упругого сопротивления слоя пены. Таким образом, эффект изоляции целиком зависит от стойкости пены и от величины ее слоя над поверхностью горящего вещества.);

3) теплоизолирующей способности слоя пены, которая обусловлена малой теплопроводностью газовой фазы, рассредоточенной в пузырьках малого объема.

В зависимости от типа пены судовые системы можно разделить на две группы: тушения химической пеной и тушения воздушно-механической пеной. Все системы пенного пожаротушения можно разделить также по степени кратности пены. Они бывают низкой, средней, высокой кратности. Выбор той или иной системы пенотушения на судах регламентирован Правилами классификационных обществ.

1 - трубопровод системы водяного пожаротушения; 2 - резервуар с пенообразователем; 3 - магистральный трубопровод; 4 - пенопровод; 5 - пеносливные трубы; 6 - мембрана; 7 - стационарный воздушно-пенный ствол; 8 - клапан с дистанционным управлением; 9 - клапан запорный; 10 - носовая станция пенотушения.

Рис. 3.3. Схема общего расположения системы воздушно-механического пенного пожаротушения на наливном судне

Система пенного пожаротушения на предназначена для защиты грузовых цистерн, насосных отделений и носовых топливных танков. Для защиты грузовых цистерн установлено восемь лафетных стволов с таким расчетом, чтобы можно было покрыть пеной любую часть открытой палубы. В насосные отделения и носовые топливные диптанки проведены трубопроводы пены со стационарными воздушно-пенными стволами.

На основании описанных принципов действия системы пенотушения, в рамках данного дипломного проекта:

1. выполним размещение датчиков температуры в МКО судна на уровне 180 см от пола, не менее 150 см от котлов и электродвигателей (8 датчиков температуры);