罐區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在中海殼牌低碳烯烴裝置的應(yīng)用

張杰（中海殼牌石油化工有限公司，廣東 惠州 516081）

乙烯工業(yè)是石油化工產(chǎn)業(yè)的核心，乙烯產(chǎn)品占石化產(chǎn)品的75%以上，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。世界上已將乙烯產(chǎn)量作為衡量一個(gè)國(guó)家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。安全有效的生產(chǎn)及存儲(chǔ)管理乙烯產(chǎn)品勢(shì)在必行，中海殼牌石油化工有限公司作為世界一流的乙烯生產(chǎn)廠，采用了先進(jìn)的罐區(qū)管理系統(tǒng)。

罐區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確獲取罐內(nèi)液位、溫度、壓力等過(guò)程變量，通過(guò)CIU運(yùn)算可實(shí)現(xiàn)物料的存儲(chǔ)、計(jì)量、收付等環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，使各級(jí)生產(chǎn)管理部門及計(jì)量統(tǒng)計(jì)部門能夠及時(shí)了解生產(chǎn)和裝置的運(yùn)行狀況，為罐區(qū)的精確、安全運(yùn)行提供保障。中海殼牌石油化工有限公司低碳烯烴裝置有23臺(tái)罐使用了ENRAF公司開(kāi)發(fā)的一套TDAS系統(tǒng)設(shè)備，分為11臺(tái)常壓罐及12臺(tái)球罐，存儲(chǔ)的介質(zhì)有乙烯、丙烯、丙烷、丁二烯、凝析油等。

1 TDAS系統(tǒng)組成

TDAS的硬件設(shè)備包括：973系列H04型雷達(dá)液位計(jì)、854ATG伺服鋼帶液位計(jì)、VITO 672 PT100多點(diǎn)溫度計(jì)、壓力變送器、CIU Prime、CIU Plus等

2 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的介紹

2.1 97 3雷達(dá)液位計(jì)

973 Smart Radar LT是一種測(cè)量液體儲(chǔ)罐液位的雷達(dá)液位計(jì)。LOP罐區(qū)使用的雷達(dá)液位計(jì)，其雷達(dá)型號(hào)均為H04，使用時(shí)配合罐隔離器安裝。H04罐隔離器有兩個(gè)定位銷的孔，安裝時(shí)必須保證雷達(dá)上定位銷所對(duì)的孔與排氣閥的位置成90度角。除電源、報(bào)警輸出和通訊電纜外，所有接入儀表的電纜都必須是屏蔽電纜。屏蔽層必須在電纜兩端同時(shí)接地。

2.2 85 4 ATG伺服液位計(jì)

854 系列伺服液位計(jì)遵從美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）和國(guó)際法制計(jì)量組織（OIML）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造，取得了包括中國(guó)在內(nèi)的世界主要國(guó)家的貿(mào)易交接計(jì)量認(rèn)證和安全防爆認(rèn)證。該伺服液位計(jì)采用多功能模塊化結(jié)構(gòu)，可以接入多點(diǎn)平均溫度計(jì)、單點(diǎn)溫度計(jì)和HART協(xié)議的壓力信號(hào)，提供了完善的貿(mào)易交接計(jì)量或者庫(kù)存管理計(jì)量的測(cè)量方案。還可以根據(jù)需要選擇液位模擬信號(hào)輸出、伺服密度測(cè)量、外接油水界面測(cè)量設(shè)備的功能，實(shí)現(xiàn)各種不同的輸入輸出模式。

854 ATG可分為接線室、電氣室和磁鼓室，電子室內(nèi)主要安裝有XPU板、SPU板、Power板。該設(shè)備使用220V交流電源，其接線區(qū)域分為本安和非本安兩部分。其外部輸入信號(hào)來(lái)自壓力變送器、溫度變送器、PT100溫度A線B線C線，外部輸出信號(hào)包括去977罐旁顯示器、電器硬開(kāi)關(guān)輸出、4-20mA輸出、通訊總線輸出。

吊浮子的鋼絲纏繞在磁鼓表面的槽中，安裝在磁鼓軸上的馬達(dá)單元將力矩傳遞到力傳感器，力傳感器將力矩轉(zhuǎn)變成頻率信號(hào)，伺服處理單元（SPU）從力傳感器接受頻率，通過(guò)馬達(dá)控制浮子的位置，通過(guò)計(jì)算磁鼓收放浮子的圈數(shù)，可以測(cè)得罐內(nèi)液位。所有的移動(dòng)動(dòng)作都由步進(jìn)馬達(dá)產(chǎn)生，馬達(dá)帶動(dòng)碼盤動(dòng)作通過(guò)光電門，檢測(cè)到的動(dòng)作與步進(jìn)馬達(dá)的步數(shù)進(jìn)行比較，丟失的步數(shù)被檢測(cè)到后，自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。馬達(dá)動(dòng)作一步鋼絲收放0.05mm。

在日常操作維修過(guò)程中，可以通過(guò)Honeywell Enraf公司的便攜終端（PET），通過(guò)紅外線接口與液位計(jì)連接通訊；或者利用Ensite組態(tài)調(diào)試軟件，通過(guò)BPM通訊總線與854系列伺服液位計(jì)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試和組態(tài)。

由于TDAS系統(tǒng)的液位計(jì)還可用于儲(chǔ)罐內(nèi)產(chǎn)品的交付計(jì)量，因此對(duì)其測(cè)量值有較高的精度要求，然而在使用中有多種的因素可對(duì)其精度產(chǎn)生影響：浮子的浸沒(méi)深度。在設(shè)定參數(shù)時(shí)通常將浮子設(shè)為比較小的浸沒(méi)深度，即設(shè)定值趨近于浮子的重量。這樣可以降低不同產(chǎn)品的密度對(duì)精度的影響，使浮子上不容易沾上油污，而且產(chǎn)品波動(dòng)的影響也最小。

3 Enraf CIU通訊控制單元

Enraf CIU通訊控制單元分為兩層，第一層是CIU Prime（通訊接口單元），第二層是CIU Plus（庫(kù)存管理計(jì)算單元）。該兩層應(yīng)用的是交叉冗余結(jié)構(gòu)，可以獨(dú)立完成儲(chǔ)罐的庫(kù)存計(jì)算任務(wù)。

3.1 CIU Prime是安裝在儲(chǔ)罐上的液位計(jì)量設(shè)備和控制室內(nèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通訊接口，主要任務(wù)是掃描所有的儀表，并獲取數(shù)據(jù)，所有儲(chǔ)罐的數(shù)據(jù)掃描只需幾秒鐘時(shí)間，CIU Prim會(huì)連續(xù)掃描所有測(cè)量的數(shù)據(jù)，包括液位、溫度、壓力、密度、報(bào)警狀態(tài)、氣相溫度和其他相關(guān)數(shù)據(jù)等。所有的數(shù)據(jù)都會(huì)儲(chǔ)存在內(nèi)部的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，供上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)調(diào)用?，F(xiàn)場(chǎng)所有的BPM協(xié)議的儀表都可以直接接入到CIU Prime內(nèi)。CIU Prime提供2個(gè)獨(dú)立的上位通訊端口，用于連接PLC或者DCS系統(tǒng)，或者連接Enraf公司的CIU Plus單元。上位通訊采用標(biāo)準(zhǔn)的Modbus協(xié)議。通過(guò)通訊端口，可以實(shí)現(xiàn)本地和遠(yuǎn)程調(diào)試。CIU Prime提供兩路輸出，一路可以將所有一次測(cè)量的信號(hào)送到CIU Plus中，另一路可以連接Enraf公司的雷達(dá)專用調(diào)試軟件，對(duì)雷達(dá)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整，可以得到整個(gè)儲(chǔ)罐的波形圖。

3.2 CIU Plus主要進(jìn)行獨(dú)立的硬件計(jì)算。我們可以通過(guò)En?raf的Ensite Pro軟件將罐容數(shù)據(jù)全部輸入到CIU Plus中，結(jié)合已經(jīng)在Plus中已經(jīng)內(nèi)置的國(guó)際通用的ASTM和API石油計(jì)量表、中國(guó)的國(guó)際石油計(jì)量表以及適合于各種化工品的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)算法，根據(jù)CIU Prime得到的一次測(cè)量信號(hào)，可以實(shí)時(shí)計(jì)算油品總視體積（TOV）、靜標(biāo)準(zhǔn)體積（NSV）、毛視體積（GOV）、總液相和氣相質(zhì)量、毛標(biāo)準(zhǔn)體積（GSV）、流量以及標(biāo)準(zhǔn)密度等數(shù)據(jù)。CIU Plus最多可以提供4個(gè)獨(dú)立的上位通訊端口，可以連接到Enraf公司的各個(gè)不同的系統(tǒng)，例如可同時(shí)連接到Ensite Pro庫(kù)存管理系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)等，且各個(gè)系統(tǒng)間相互獨(dú)立。

3.2.1 CIU Plus技術(shù)指標(biāo)

CIU Plus有2個(gè)現(xiàn)場(chǎng)通訊端口，可以連接1或2臺(tái)CIU Prime。這種模塊化設(shè)計(jì)非常適宜于安裝在不同的場(chǎng)所，適宜于距離較遠(yuǎn)的儲(chǔ)罐或者泵控制室。采用ModBus協(xié)議，可以連接50臺(tái)儀表，通訊速率為19200Bps。上位通訊接口也是采用RS-485，通訊協(xié)議為ModBus。

4 結(jié)語(yǔ)

罐區(qū)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在LOP裝置使用多年來(lái)，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，其先進(jìn)的Ensit診斷通訊軟件更是方便了人員在室內(nèi)就可以了解現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)罐的溫度計(jì)及液位計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)、過(guò)程數(shù)據(jù)、故障代碼等，能夠及時(shí)迅速的找出故障并加以解決，提高了存儲(chǔ)的可靠性，減少了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全隱患。

[1]宋悅孝.電子測(cè)量與儀器[J].電子工業(yè)出版社,2009.

[2]鄭君里.信號(hào)與系統(tǒng)[J].高等教育出版社,2011.