2021年 06月

开发浮游式LNG发电设备资产安全监测

2021年 6月 15日

Green Ship Technology Team HAN Eun-jung (Senior Survey)

浮游式LNG（Liquefied Natural Gas）发电设备是在海上燃烧LNG生产电力，克服地形界限，最小化土木工程的发电设备。

LNG不仅是易燃物质，而且是极低温状态，为了安全地管理浮游式LNG发电设备，特别是为了减少火灾和爆炸事故主要原因的BOG（Boil-off Gas）发生，BOG回收系统是非常重要的系统。处理LNG的成套设备 , 系统中发生的BOG（Boil Off Gas），包含了回收系统的硬件和监控软件设计的内容。

BOG回收系统考虑到LNG中产生的蒸发气体回收储存容器的安全剩余容量和管道应力 , 容器材质等进行设计，在储存容器类型上分为船舶搭载和陆地成套设备类型进行设计。

LNG BOG回收系统包含了感知爆炸危险性并进行监视的S/W。为了建立软件，从多数计量器输入测定的数据，由数据过滤处理 , 数据可视化 , 三维模型基础的数据可视化 , 实时数据可视化功能等软件构成。

<图1> 浮游式LNG发电设备BOG状态监测系统整体结构图

<图2>表示了设计的BOG回收的PFD，图的右侧更简略地表现了各工程的流程。为了回收BOG，通过电热器 , 压缩机 , 冷箱，将回收罐的工程流程和冷箱中未回收的气体重新进行冷凝过程，设计成回收循环过程的结构。

为了分析浮游式LNG发电设备BOG回收系统的危险度，并通过识别可能发生的事故，事先防止或缩小其规模，设计了该系统的事故剧本。以硬件设计为基础，为监控系统提供了配置和监测要素。监测因素监测了重要度最高的Cold Box出口，导出了温度 , 流量 , 水位 , 压力四个因素。

另外，还显示了监测对象冷箱的P&ID（Piping and Instrument Diagram），被选定为在回收系统中最重要的冷箱出口点监控4个工程数据。

<图2-1> BOG系统流程（左），

<图 2-1> BOG回收系统P&ID（Piping&instrument Flow Diagrams）和监控要素的导出（右）

监测系统由<图 2>的构成设计，通过4个测量传感器测定的数据准确度及多种分析的过滤，并将其可视化为三维基础的监控系统。防爆型监测设备开发了防水/防护（IP 66等级）外 , 抗扰度（KNO600-4-5）电路，通过防爆 , 防水 , 抗扰度试验联动了综合监测系统。

<图 3>监测系统配置

在监测系统配置上，三维模型是NavisworksTM 5到FBX（Filmbox；fbx）转换成文件，并通过AB4D组件进行渲染。

另外，由于测定的4个数据的测量地点和时间间隔不固定，因此利用正规化 , 插值法转换为秒（sec）单位测量数据用于程序。

<图 4> 三维集成监测系统功能

开发的监测程序是C#语言开发的，构成的模块采用数据正规化 , 插值（Interpolation） , 卡尔曼滤波器 , 低通滤波器（LPF） , 高通滤波器（HPF） , 中央值滤波器，在专家水平上提供了多种数据应用的滤波器。

实现了在系统配置上显示三维建模上测量的4个秒单位数据，并在<图 4>中体现。

<图 5>三维BOG安全监测程序界面

利用Risk Matrix表示了BOG回收设备的故障危险程度，Risk Matrix以IMA的FSA为基准，设定了Frequency和Consequence概率，允许用户随意修改。

另外，利用MTBF（Mean Time Between Failure）计算了BOG回收设备运行内发生异常动作的概率。在决定指定故障的决策计划排名时，使用经济性评估方法，减少优先顺序的决定的增长率（ΔF）所需费用减少（ΔC）决定，经济性评价所使用的费用使用生命周期费用（Life Cycle Cost），根据装备异常状态（Warning，Emergency）的不同，决定推进方式不同。

<图 6>设备故障率计算及可视化（左） , Risk Matrix画面（右）

经过本研究开发，为了保证浮游式LNG发电设备的安全运行，设计了BOG回收系统的事故剧本，以减少火灾及爆炸事故的主要原因BOG

考虑到国内法和国际法，进行了根据BOG回收系统设计和运营平台的价格竞争力的系统设计。

以设计好的系统为基础，开发了加强BOG回收系统安全性的监测程序，并将三维成套设备 , 工程模型应用到程序中，进一步加强用户理解和安全性方面。

特别是为了测量的运行数据的多样利用性，采用了4种过滤方法，通过与驾驶数据进行实时比较，提高了安全性。主要设备分析了故障及事故发展过程，为防止可能发生事故或减少其规模提供了依据。

KR Webzine Vol.147