油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在加油站的應(yīng)用

修德欣，王振中，丁莉麗，蒲鶴，張衛(wèi)華

(中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島 266071)

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油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在加油站的應(yīng)用

修德欣，王振中，丁莉麗，蒲鶴，張衛(wèi)華

(中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島 266071)

成品油中的輕烴組分具有較強(qiáng)的揮發(fā)性，加油站作為重要的油品儲(chǔ)存和銷售場所，在卸油和加油過程中均會(huì)存在油氣蒸發(fā)損耗的問題[1-3]。為減少大氣污染、節(jié)約石油資源、降低安全隱患，國內(nèi)開始在部分地區(qū)推廣油氣回收設(shè)備以及后處理裝置[2]。目前使用的油氣回收設(shè)備及后處理裝置具有一定的油氣排放控制效果，能夠節(jié)約成本、降低污染，同時(shí)也減少對(duì)加油站工作人員及顧客的健康損害，在經(jīng)濟(jì)和環(huán)保方面都發(fā)揮了巨大作用[3]。但是油氣回收的檢測(cè)步驟較為繁瑣，檢測(cè)時(shí)需要暫停整機(jī)甚至整站的運(yùn)營，一方面不便于日常運(yùn)營過程中對(duì)油氣回收設(shè)備狀態(tài)的了解，另一方面檢測(cè)耗時(shí)耗力影響營業(yè)時(shí)間。

根據(jù)CP-201 “CertificationProcedureforVaporRecoverySystematGasolineDispensingFacilities”中規(guī)定[4]，年銷售汽油油品在2.27×106L以上的加油站都需要配備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)功能主要包括故障監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸、超標(biāo)報(bào)警和強(qiáng)制停機(jī)等[5]。GB 20952—2007《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中也要求對(duì)一定規(guī)模的加油站加裝油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[6]。DB 11/208—2010《加油站油氣排放控制和限值》對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作出了更為詳細(xì)的要求，包括在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能、數(shù)據(jù)分析和傳輸功能、報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)、校準(zhǔn)方法等[7]。

2014年底北京市部分加油站選用了不同廠家的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試點(diǎn)安裝，并對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了測(cè)試。

1在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡介

1.1在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在油氣回收系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)油氣回收運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的一系列設(shè)備的組合。加油站油氣回收是指通過油氣回收型加油槍、加油膠管、真空泵等設(shè)備，將加油過程中產(chǎn)生的油氣通過密閉的方式收集回到地下儲(chǔ)油罐的過程。油氣回收的關(guān)鍵在于維持適當(dāng)?shù)臍庖罕?國內(nèi)規(guī)定為1.0～1.2)，主要通過控制機(jī)械式或電子式氣液比例調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)。在加油站運(yùn)營過程中，由于真空泵頻繁開啟，氣流對(duì)調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生一定的沖擊，而氣液比又對(duì)閥的開度較為敏感，常會(huì)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，因而有必要通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)氣液比的當(dāng)前值。除氣液比外，密閉性和管線液阻也是油氣回收系統(tǒng)的重要參數(shù)，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。根據(jù)文獻(xiàn)[7]的要求，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)上述參數(shù)，并能將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)、處理和傳輸。

1.2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要組成結(jié)構(gòu)如下：

1) 安裝在加油站各管路上的現(xiàn)場儀表，包括壓力傳感器、氣體流量計(jì)、濃度檢測(cè)儀等。

2) 數(shù)據(jù)采集器，用于采集加油脈沖、油氣流量脈沖、壓力信號(hào)、濃度信號(hào)等。

3) 加油站室內(nèi)的監(jiān)控機(jī)，可運(yùn)行在線檢測(cè)軟件。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備安裝示意如圖1所示。氣體流量計(jì)安裝于加油機(jī)內(nèi)氣路上，用于監(jiān)測(cè)每次加油操作的回氣體積。壓力傳感器安裝于與地下儲(chǔ)油罐直接連通的氣路上，如加油機(jī)底部回氣總管處或后處理裝置進(jìn)氣口處。數(shù)據(jù)采集器位于加油機(jī)內(nèi)，用于采集加油脈沖、回氣脈沖和壓力信號(hào)，并通過通信線纜將數(shù)據(jù)傳入監(jiān)控機(jī)進(jìn)行處理。

圖1　在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備安裝示意

1.3在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備

1) 流量計(jì)。目前各廠家選用的流量計(jì)主要是羅茨流量計(jì)和熱式流量計(jì)。

a) 羅茨流量計(jì)采用體積式計(jì)量原理，精度較高、可靠性好、性能穩(wěn)定。常用氣液比檢測(cè)箱通常也需用羅茨流量計(jì)進(jìn)行油氣流量測(cè)量，因而采用羅茨流量計(jì)可以提高與氣液比檢測(cè)箱的一致性。實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，羅茨流量計(jì)的安裝位置對(duì)流體體積測(cè)量有一定的影響，如安裝在真空泵前會(huì)有較大的真空度，導(dǎo)致測(cè)量體積變大。因此，完成后應(yīng)根據(jù)不同加油機(jī)的安裝情況，在軟件中設(shè)置補(bǔ)償系數(shù)，或者直接選用帶有壓力補(bǔ)償模塊的羅茨流量計(jì)。

b) 熱式流量計(jì)利用傳熱原理檢測(cè)流量，即利用流動(dòng)中流體與熱源之間的熱量交換關(guān)系來直接測(cè)量氣體質(zhì)量流量。熱式流量計(jì)測(cè)量回氣體積時(shí)需要根據(jù)油氣密度和比熱等參數(shù)推算得出，對(duì)于不同加油站需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，且油氣密度和比熱不是恒定值，因而該流量計(jì)的校準(zhǔn)工作比羅茨流量計(jì)復(fù)雜。

2) 數(shù)據(jù)采集器。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要采集的現(xiàn)場信號(hào)包括加油脈沖、油氣脈沖和壓力信號(hào)等。其中加油脈沖涉及加油過程的計(jì)量和稅控，需要采用合理方案避免對(duì)加油脈沖產(chǎn)生影響。對(duì)于加油脈沖采集，通常采用經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后，通過光耦隔離的方式將脈沖信號(hào)輸入采集器的計(jì)數(shù)單元，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)采集器只能單向讀取加油機(jī)脈沖信號(hào)，而不會(huì)對(duì)脈沖信號(hào)產(chǎn)生干擾。

數(shù)據(jù)采集器通常都具有信號(hào)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸功能。采集器通常包括： 加油脈沖輸入通道、回氣脈沖輸入通道、壓力傳感器輸入通道、數(shù)據(jù)輸出端口[8]。當(dāng)前各廠家的數(shù)據(jù)傳輸方式包括： 485總線、無線和電力載波。

2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)

2.1校準(zhǔn)方法

由于氣液比、密閉性和液阻等參數(shù)在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)有詳細(xì)的檢測(cè)方法說明，但各廠家在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案及設(shè)備選型等也存在一定的差異，這可能會(huì)造成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的氣液比和壓力數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定的誤差，所以根據(jù)文獻(xiàn)[7]的要求，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要進(jìn)行準(zhǔn)確性驗(yàn)證。

對(duì)各試點(diǎn)站的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了校準(zhǔn)測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量值進(jìn)行比較，如果兩者之間差值在允許的范圍內(nèi)，則視為系統(tǒng)測(cè)量精度滿足要求。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的允許壓力差值范圍為±20Pa,允許氣液比差值范圍為±0.15。若第一次測(cè)量壓力和氣液比值滿足精度要求，則視為通過測(cè)試；若不滿足精度要求，則應(yīng)再做2次監(jiān)測(cè)，取3次檢測(cè)的平均值，再進(jìn)行比較。

2.2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)分析

校準(zhǔn)測(cè)試過程中采用標(biāo)準(zhǔn)綜合檢測(cè)箱，可檢測(cè)氣液比、密閉性和液阻等參數(shù)，其中密閉性和液阻需要綜合檢測(cè)箱配合氮?dú)馄窟M(jìn)行測(cè)試。

對(duì)比在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)13個(gè)試點(diǎn)加油站進(jìn)行了校準(zhǔn)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見表1所列。

表1　各廠家在線監(jiān)測(cè)校準(zhǔn)測(cè)試情況

測(cè)試結(jié)果顯示，目前各廠家的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體運(yùn)行狀況良好，可以在一定的精度范圍內(nèi)測(cè)量氣液比及壓力數(shù)據(jù)，能有效監(jiān)控油氣回收系統(tǒng)運(yùn)行效果。但部分加油站安裝的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)氣液比和壓力誤差相對(duì)較大，超過了規(guī)定的誤差范圍，且部分在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)了丟失數(shù)據(jù)的情況，即加油操作未被系統(tǒng)檢測(cè)到，需要進(jìn)行后續(xù)的改進(jìn)，以完善在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問題

1) 羅茨流量計(jì)堵塞問題。引起該問題的原因在于羅茨流量計(jì)腰輪配合較為緊密，氣路中的固體雜質(zhì)會(huì)引起流量計(jì)的堵塞。建議豎直安裝羅茨流量計(jì)且在流量計(jì)前加裝濾網(wǎng)，但對(duì)加油機(jī)的安裝空間要求更高，會(huì)增加改造難度。

2) 回氣銅管向上彎曲問題。部分回氣管路的真空泵出氣口低于回氣總管，導(dǎo)致安裝時(shí)不可避免的存在向上彎曲的銅管段，可能導(dǎo)致該段管路積液，油氣中的微小雜質(zhì)也不易排出。

3) 加油脈沖采集問題。目前各在線監(jiān)測(cè)廠家均通過信號(hào)采集器采集加油機(jī)編碼器輸出的加油脈沖，數(shù)據(jù)采集器通常都采用光電隔離的方式，避免對(duì)加油脈沖產(chǎn)生影響，效果良好，但該方式尚未得到相關(guān)部門的認(rèn)可，若要大規(guī)模推廣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，需進(jìn)行相關(guān)溝通工作。

4) 數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)丟失問題。部分廠家的信號(hào)采集器運(yùn)行不夠穩(wěn)定，在加油量較低或其他情況下會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失情況，需要對(duì)油氣流量計(jì)和信號(hào)采集器進(jìn)行進(jìn)一步完善。

5) 液阻測(cè)量問題。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，液阻需要在固定流量且打開卸油口回氣閥門的情況下測(cè)量，但加油站運(yùn)行過程中卸油口回氣閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。各廠家的液阻測(cè)量方案基本都是在離罐區(qū)較遠(yuǎn)的加油機(jī)回氣總管處和后處理進(jìn)氣管處分別安裝壓力傳感器，取兩者示數(shù)的差值。該方案測(cè)量的液阻值與標(biāo)準(zhǔn)差距較大，仍需探索更為合理的液阻測(cè)量方法。

4在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展建議

根據(jù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)測(cè)試情況，結(jié)合加油站油氣回收系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展提出以下建議：

1) 將在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與電子式氣液比調(diào)節(jié)裝置相結(jié)合，在檢測(cè)氣液比的基礎(chǔ)上，對(duì)于氣液比不符合標(biāo)準(zhǔn)的加油槍，可通過電磁閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，即為在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)添加閉環(huán)式氣液比調(diào)節(jié)功能。

2) 當(dāng)前加油機(jī)內(nèi)部除了加油管路及流量計(jì)等設(shè)備外，還需要安裝二次油氣回收設(shè)備和在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，內(nèi)部空間較為緊張，所以應(yīng)盡快規(guī)范加油機(jī)的出廠標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)留在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝空間。

3) 通過對(duì)油氣流量計(jì)、信號(hào)采集器和監(jiān)控機(jī)程序的改進(jìn)，進(jìn)一步提高在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精確度和穩(wěn)定性。

5結(jié)束語

針對(duì)目前北京地區(qū)加油站油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的試點(diǎn)運(yùn)行情況，介紹了該系統(tǒng)的功能及原理，并進(jìn)行了系統(tǒng)校準(zhǔn)測(cè)試，分析總結(jié)了該系統(tǒng)目前存在的問題，對(duì)其改進(jìn)和發(fā)展提出了合理化建議。

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摘要：為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油氣回收系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)是否正常，部分加油站開始試點(diǎn)運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了該系統(tǒng)的系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)組成和關(guān)鍵設(shè)備，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了校準(zhǔn)測(cè)試，以保障該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。根據(jù)試點(diǎn)加油站的安裝情況和校準(zhǔn)測(cè)試結(jié)果，分析了目前在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題，并提出了合理的建議。

關(guān)鍵詞：油氣回收在線監(jiān)測(cè)加油站氣液比流量計(jì)

Application of Oil-vapor Recovery On-line Monitoring System at Gas StationXiu Dexin, Wang Zhenzhong, Ding Lili, Pu He, Zhang Weihua

(Sinopec Research Institute of Safety Engineering, Qingdao, 266071, China)

Abstracts： To monitor if parameters of oil-vapor recovery system are normal or not on real time, some gas stations start to equip with on-line monitoring system.The system function, configuration and key equipments are introduced in detail. Calibration test is practiced according to relative codes to ensure system stability and accuracy. On basis of installation and calibration test results, the existing problems about on-line monitoring system are analyzed.Reasonable suggestions are proposed.

Key words：oil-vapor recovery; on-line monitoring; gas station; gas liquid ratio; flowmeter

中圖分類號(hào)：TP274

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2015)04-0066-04

作者簡介：修德欣(1988—)，男，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)機(jī)械工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，從事加油站安全和環(huán)保研究工作。

稿件收到日期： 2015-03-17。