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LNG船安全系统设计研究

作　者: 王德云
导　师: 杜秀华
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: LNG船安全完整性等级紧急关断系统火气探测系统 Markov模型
分类号: U674.133.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

液化天然气(Liquefied natural gas)简称LNG,被公认是地球上最干净的能源。LNG是天然气资源应用的一种重要形式,其制造过程是先将气田生产的天然气净化处理,然后经一连串超低温液化后,最后利用液化天然气船来运送。我国拥有丰富的天然气资源,加快发展我国天然气工业,对缓解我国能源供需矛盾,优化能源结构,改善生态环境,加快城市化建设,提高人民生活质量,保持国民经济健康发展,都具有重要和深远的战略意义。LNG船是在-163℃超低温下运输液化天然气的专用船舶,由于LNG的超低温沸点、易燃易爆和1:600的气化比例等高危特点,因此LNG船的安全系统设计尤为重要,直接关系到LNG船的安全运营。LNG船的安全系统包括紧急关断系统(ESD)和火气探测系统(F&G)两部分,目前国际上并没有用于指导LNG船安全系统设计的专用标准,本文针对LNG船的安全系统的设计进行了研究,主要工作包括以下四个方面:一、对安全系统的发展状况进行了研究,了解安全系统的发展趋势。通过分析LNG船存在的风险,说明了LNG船配置安全系统的必要性。二、阐述了安全系统的概念和组成,比较安全系统和基本过程控制系统的区别,介绍了安全系统的设计方法,包括风险分析、安全完整性等级的确定和验证等,为LNG船安全系统设计提供理论指导。三、对LNG船进行风险分析,然后对LNG船的紧急关断系统(ESD)和火气探测系统(F&G)进行了分析设计,并以LNG船分离器安全仪表系统的设计为例,详细介绍了安全系统的分析和设计过程,并对其安全系统设计进行改进,经验证,该安全仪表系统设计完全满足系统安全要求。四、Markov方法是应用于系统可靠性分析中的一种十分有效的方法,本文采用Markov方法对LNG船液货液位控制系统的可靠性进行了初步分析,运用Markov法建立系统的状态转移矩阵,计算出系统的可靠性概率,为进一步科学地评价LNG船液货系统的可靠性打下了基础。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 论文选题的背景与意义  10-15
    1.1.1 LNG 船的发展概况  10-11
    1.1.2 安全系统的发展概况  11-13
    1.1.3 LNG 船安全系统设计的必要性  13-15
  1.2 论文的主要工作与结构  15-17
第二章 LNG 船系统简介  17-26
  2.1 LNG 船介绍  17-22
    2.1.1 LNG 船的类型  17-18
    2.1.2 LNG 船的货物操作设备及附属系统  18-20
    2.1.3 LNG 船工艺流程介绍  20-22
  2.2 LNG 船中央控制系统及其组成  22-25
    2.2.1 过程控制系统  23-24
    2.2.2 安全系统  24-25
  2.3 小结  25-26
第三章安全仪表系统设计方法  26-37
  3.1 安全仪表系统简介  26-27
  3.2 安全仪表系统与基本过程控制系统  27-28
  3.3 安全仪表系统的设计目标  28
  3.4 保护层  28-29
  3.5 风险分析  29-33
    3.5.1 风险降低和ALARP 模型  30-32
    3.5.2 风险分析方法  32-33
  3.6 安全完整性等级  33-35
    3.6.1 安全完整性等级  33-34
    3.6.2 安全完整性等级的选择  34-35
    3.6.3 安全完整性等级的验证  35
  3.7 安全系统设计流程  35-36
  3.8 小结  36-37
第四章 LNG 船安全系统设计  37-59
  4.1 LNG 船风险分析  37
  4.2 LNG 船紧急关断系统设计  37-54
    4.2.1 LNG 船紧急关断系统的级别  38-41
    4.2.2 LNG 船液货设备及辅助设备紧急关断逻辑  41-47
    4.2.3 LNG 船分离器液位安全系统设计  47-54
  4.3 LNG 船火气探测系统设计  54-57
    4.3.1 火气探测系统概述  54
    4.3.2 火气探测系统组成  54-55
    4.3.3 火气探测系统设计  55-57
  4.4 小结  57-59
第五章 LNG 船液货系统可靠性分析  59-73
  5.1 可靠性分析方法介绍  59
  5.2 系统可靠性框图  59-62
    5.2.1 串联系统可靠性模型  60
    5.2.2 并联系统可靠性模型  60-61
    5.2.3 贮备系统可靠性模型  61-62
    5.2.4 表决系统可靠性模型  62
  5.3 MARKOV 模型  62-66
    5.3.1 Markov 模型的概念  62-63
    5.3.2 基本可靠性框图的Markov 分析  63-66
  5.4 基于MARKOV 状态转移的LNG 船液货系统可靠性分析  66-72
    5.4.1 系统描述  66
    5.4.2 基于Markov 状态转移的可靠性分析  66-72
  5.5 小结  72-73
第六章总结与展望  73-76
  6.1 总结  73-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  80-82

LNG船安全系统设计研究

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