原油庫定量裝車系統(tǒng)的儀表及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 靜

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257026）

0 引言

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，國內(nèi)對原油和成品油的需求日益增加，裝車系統(tǒng)的自動化水平也在不斷提高，對油品儲運(yùn)的現(xiàn)場儀表及控制系統(tǒng)提出越來越高的要求。某原油庫裝車點(diǎn)目前使用油罐自壓噴濺式裝車，這種裝油方式存在如下缺點(diǎn)：損耗率較大，實(shí)際裝車量誤差不確定；裝油口易產(chǎn)生靜電，引發(fā)火災(zāi)；裝車過程中散發(fā)的油氣對操作人員身體造成潛移默化的危害；油品裝車無自動控制措施，容易發(fā)生跑瀉溢漏等事故。

針對以上問題，對該原油庫裝車點(diǎn)進(jìn)行自動化改造，增加定量裝車系統(tǒng)。定量裝車系統(tǒng)可以實(shí)時檢測和監(jiān)視裝車過程中的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)槽車定量/定位裝車的自動控制，并具有記錄、報(bào)警、打印等功能。

1 定量裝車系統(tǒng)概述

圖1 定量裝車系統(tǒng)配置圖Fig.1 Quantitative loading system configuration diagram

該原油庫裝車點(diǎn)新建8套裝車鶴位（共4座裝車平臺），在原油罐區(qū)開孔新建發(fā)油流程。為裝車點(diǎn)的裝車鶴位配套定量裝車系統(tǒng)，通過預(yù)設(shè)裝車量控制發(fā)油量，實(shí)現(xiàn)自動裝車控制，以提高裝車效率，保證裝車安全。

定量裝車采用分布式定量裝車監(jiān)控系統(tǒng)，包括現(xiàn)場檢測執(zhí)行儀表層、現(xiàn)場控制層和上位機(jī)管理層，由裝車控制發(fā)油主機(jī)和現(xiàn)場裝車控制器等組成。每一個裝車鶴位設(shè)一臺定量發(fā)油控制器（批量控制器）、一臺高精度雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)和一臺裝車控制閥，對裝車進(jìn)行定量控制、靜電、溢出檢測報(bào)警及聯(lián)鎖控制。在控制室設(shè)一臺發(fā)油主機(jī)（兼開票機(jī)），一臺開票打印機(jī)，對整套定量裝車系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、管理和記錄等。

定量發(fā)油控制器在現(xiàn)場就地完成定量發(fā)油控制及安全聯(lián)鎖保護(hù)，各發(fā)油控制器之間通過RS485總線串聯(lián)，通過通訊電纜接至控制室的串口服務(wù)器，經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換與裝車控制發(fā)油主機(jī)相連，在裝車控制發(fā)油主機(jī)上顯示裝車過程、事件報(bào)警及遠(yuǎn)程控制管理等。

發(fā)油主機(jī)（兼開票機(jī)）作為定量裝車系統(tǒng)的上位機(jī)管理層，是操作人員和業(yè)務(wù)人員監(jiān)視、控制裝車過程、進(jìn)行裝車銷售業(yè)務(wù)管理、維護(hù)設(shè)備和處理事故的人機(jī)接口，并綜合門禁管理和自動稱重管理的功能，構(gòu)成一套控制分散、管理集中的裝車控制系統(tǒng)。

發(fā)油主機(jī)可以根據(jù)操作者的權(quán)限訪問和調(diào)用工藝流程圖、過程參數(shù)、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警處理以及各種可用數(shù)據(jù)，有效地調(diào)整控制回路的輸出和設(shè)定參數(shù)；并能適應(yīng)裝車銷售業(yè)務(wù)管理的操作需要，讓業(yè)務(wù)員完成開票、結(jié)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等工作。發(fā)油主機(jī)具備不同級別操作權(quán)利和不同操作區(qū)域或數(shù)據(jù)集合的操作權(quán)限，操作級別和權(quán)限用密碼的方式限定，操作員密碼和操作權(quán)限可由系統(tǒng)管理員設(shè)定和修改。

另外，原油庫控制系統(tǒng)可通過OPC協(xié)議方式從裝車發(fā)油主機(jī)獲取裝車數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)定量裝車系統(tǒng)與原油庫控制系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)、信息傳輸。

2 現(xiàn)場設(shè)備選型和設(shè)計(jì)

定量裝車系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備包含：批量發(fā)油控制器、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電動二段式球閥和靜電溢油保護(hù)器等。

2.1 批量發(fā)油控制器

批量發(fā)油控制器采用以PLC為核心的先進(jìn)控制器實(shí)現(xiàn)。每個裝車鶴位采用獨(dú)立的批量控制器彼此之間互相獨(dú)立，這樣不會因?yàn)橐慌_控制器出現(xiàn)故障而影響其它裝車鶴位的工作。

根據(jù)設(shè)備資料，批量發(fā)油控制器可以進(jìn)行溫度、壓力和密度的補(bǔ)償修正，能精確地計(jì)算出發(fā)油的體積流量，可顯示累積總量、批量和瞬時流量。該批量發(fā)油控制器的系統(tǒng)精度可以高于等于±0.2%。批量控制器還具有以下功能：智能讀寫IC卡；掉電及斷電的數(shù)據(jù)自動保護(hù)；輸入相關(guān)工藝流程參數(shù)；人工啟動或停止發(fā)油；操作員現(xiàn)場設(shè)置和密碼保護(hù)；顯示運(yùn)行和報(bào)警信息；數(shù)據(jù)監(jiān)控、監(jiān)測、報(bào)表、查詢及打印。同時，配套現(xiàn)場防爆信號接線箱，將溫度、流量和靜電、防溢信號等接入，方便信號統(tǒng)一上傳。

2.2 雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)

到目前為止，在國內(nèi)裝車用于貿(mào)易交接的流量計(jì)量儀表主要有質(zhì)量流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、刮板流量計(jì)等。其中雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)是一種設(shè)計(jì)獨(dú)特、經(jīng)過精密加工裝配的容積式流量計(jì)。一對螺旋轉(zhuǎn)子是計(jì)量腔體內(nèi)唯一的運(yùn)動體，起到分割、測算、運(yùn)送和排泄被測液體的作用。雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)具有精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音低、磨損少、粘度適應(yīng)性強(qiáng)、壓力損失極小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，定量裝車計(jì)量采用了不銹鋼雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)。所選擇的流量計(jì)測量精度為±0.1%，帶有數(shù)字表頭，可現(xiàn)場顯示瞬時流量，字碼直接讀數(shù)。在工程實(shí)際中，流量計(jì)算時應(yīng)采用某一時段的累積流量。為了保證計(jì)量精度，該雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)輸出脈沖信號給批量發(fā)油控制器，供批量控制器進(jìn)行顯示及計(jì)算處理。

2.3 電動控制球閥

在裝車過程中，為了防止閥門瞬間切斷對管道或泵造成的水擊現(xiàn)象，加上原油庫內(nèi)無空壓機(jī)提供儀表風(fēng)，本項(xiàng)目裝車控制閥采用電動二段式球閥。電動二段式球閥由閥體和防爆電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。它的主要作用是，確保流量貿(mào)易交接的測量精度，減少關(guān)斷時產(chǎn)生的液壓沖擊力[1]。電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)自帶限位開關(guān)，輸出閥位狀態(tài)，這樣在裝車過程中就可以在控制室監(jiān)控閥門的開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)。電動二段式球閥與批量發(fā)油控制器結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)精確、平衡的批量控制，同時保護(hù)流量計(jì)。在裝車過程中，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序，由批量發(fā)油控制器發(fā)出控制信號給電動球閥，其動作過程如下：

1）閥門初始為關(guān)閉狀態(tài)。

2）閥門打開到預(yù)設(shè)的小開度，以防止原油飛濺產(chǎn)生靜電。

3）經(jīng)過一段時間的裝車，流量累積，閥門開到預(yù)設(shè)的最大開度，以最快的速度裝車。

4）流量到達(dá)快速裝車量時，關(guān)閉閥門到小開度，裝車速度減慢。

2.4 靜電溢油保護(hù)器

靜電溢油保護(hù)器是定量裝車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖的關(guān)鍵設(shè)備，它包含防靜電溢油保護(hù)控制器、防溢液位開關(guān)、靜電接地夾和接地線等。其作用是防止罐車液體溢出，同時保證靜電接地電阻符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

當(dāng)進(jìn)行裝車時，靜電接地夾檢測易產(chǎn)生靜電接地罐車的接地情況。當(dāng)罐車與接地樁之間的電阻值大于50Ω時，批量控制器則停止裝車，上位機(jī)同時報(bào)警；當(dāng)電阻值小于50Ω時，則按預(yù)設(shè)量進(jìn)行定量裝車。如果裝車過程中，靜電夾接地不良時，無論流量是否達(dá)到預(yù)定量，批量控制器都將關(guān)閉電動控制閥，并向控制室上位機(jī)發(fā)出報(bào)警信號或進(jìn)行現(xiàn)場報(bào)警。

防溢液位開關(guān)輸出信號為觸點(diǎn)形式。當(dāng)裝車液位超過設(shè)定的安全位置時，液位開關(guān)動作，同時向批量控制器發(fā)送中斷請求，批量控制器立刻關(guān)閉閥門，避免原油溢出，上位機(jī)同時發(fā)出聲光報(bào)警信息，從而防止溢油事故的發(fā)生。

3 定量裝車系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)

1）發(fā)油控制

設(shè)定發(fā)油量，根據(jù)設(shè)定量和裝車量，通過流量計(jì)信號控制閥門的開關(guān)，可實(shí)時、客觀、準(zhǔn)確地計(jì)量裝車全過程數(shù)據(jù)[2]。

定量發(fā)油控制器可以在現(xiàn)場就地設(shè)置裝車定量值，也可以接收控制室發(fā)油主機(jī)的遠(yuǎn)程裝車定量值。

2）數(shù)據(jù)監(jiān)控

民間非營利組織會計(jì)制度與企業(yè)會計(jì)準(zhǔn)則相比較，通常是從四個方面入手。第一是兩種制度的結(jié)構(gòu)方面，第二是兩種制度會計(jì)核算方面的比較，第三是會計(jì)要素的比較，第四是財(cái)務(wù)會計(jì)報(bào)告方面的比較。通過一系列比較不難看出，民間非營利組織會計(jì)制度在不斷進(jìn)行改革和發(fā)展，逐步向企業(yè)會計(jì)準(zhǔn)則方向發(fā)展，與國外非營利組織會計(jì)有趨同之勢。

監(jiān)視現(xiàn)場裝車流量的累積量，實(shí)時顯示和記錄裝車量，并能在顯示屏上顯示現(xiàn)場閥門、液位開關(guān)、接地開關(guān)狀態(tài)及故障狀態(tài)。

操作員可在正?；虍惓Ｇ闆r下對現(xiàn)場各設(shè)備進(jìn)行控制，并可監(jiān)視所有的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

3）數(shù)據(jù)處理及報(bào)表

對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類和計(jì)算，存儲歷史裝車數(shù)據(jù)，對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行編排處理和隨時調(diào)用。

可根據(jù)日、月、年等生成各類生產(chǎn)報(bào)表，并可進(jìn)行打印。

可自動生成符合“ERP”要求的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和報(bào)表。

4）報(bào)警功能

顯示并確認(rèn)現(xiàn)場報(bào)警，對過程變量報(bào)警和系統(tǒng)故障報(bào)警進(jìn)行區(qū)分。

能對過程變量報(bào)警任意分級、分區(qū)、分組，并自動記錄和打印報(bào)警信息。

5）數(shù)據(jù)通訊

批量發(fā)油控制器具備RS485通信接口，每臺批量控制器總線串聯(lián)后接入控制室發(fā)油主機(jī)。

控制室發(fā)油主機(jī)提供數(shù)據(jù)庫通信接口，可實(shí)現(xiàn)與其它控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)共享。

6）安全保證

系統(tǒng)可對泵與閥門進(jìn)行時序控制，對電動控制閥進(jìn)行精確控制，實(shí)現(xiàn)裝車速度控制，提高裝車的控制精度，減少水擊。

系統(tǒng)具備液位開關(guān)安全聯(lián)鎖和防靜電接地安全聯(lián)鎖兩種方式。當(dāng)監(jiān)測開關(guān)報(bào)警時，批量發(fā)油控制器會立即停止裝車，并給出報(bào)警提示。

同時具有車位暫停和鶴管暫停的控制功能。

4 系統(tǒng)誤差影響因素及分析

根據(jù)原油庫裝車點(diǎn)工藝流程的要求，對定量裝車系統(tǒng)的儀表及自控設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，對影響系統(tǒng)計(jì)量誤差的因素如下：

1）現(xiàn)場流量測量儀表的精度誤差。

2）電動控制閥從開啟到關(guān)閉過程中不確定時間的存在，造成關(guān)斷滯后的誤差。

3）批量發(fā)油控制器的運(yùn)算精度及通信誤差。

4）工作環(huán)境等不確定因素造成的誤差。如氣溫、氣候等的影響。

針對以上幾項(xiàng)誤差因素，設(shè)計(jì)中采用的解決方法如下：

a）采用高精度的雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)，測量精度可達(dá)到±0.1%；同時將溫度、流量和密度信號接入上位機(jī)，可查看數(shù)據(jù)的變化趨勢，以便判斷故障。

b）采用Rotork的高性能電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，滯后時間相對較短，可減少滯后產(chǎn)生的誤差。

c）選用的批量發(fā)油控制器技術(shù)成熟，有較好的裝車應(yīng)用業(yè)績，控制精度較高。

d）現(xiàn)場設(shè)備對工作環(huán)境的影響有較強(qiáng)的適應(yīng)性，減少了對系統(tǒng)精度的影響。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合某原油庫定量裝車系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例，對油品裝車的自控系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較詳細(xì)的總結(jié)。原油庫采用基于批量控制器和上位機(jī)監(jiān)控軟件結(jié)合的定量裝車系統(tǒng)，該系統(tǒng)軟件人機(jī)界面良好，具有操作簡單實(shí)用、運(yùn)行可靠的優(yōu)勢。

裝車是實(shí)現(xiàn)銷售的關(guān)口，自動定量裝車系統(tǒng)在整個裝車過程中，不僅用戶和操作員都可以通過現(xiàn)場的顯示窗口看到本鶴位的可裝物料名稱、當(dāng)前預(yù)設(shè)量和實(shí)際裝車量，而且功能完善，杜絕人為的差錯，降低了操作員的勞動強(qiáng)度，又因可遠(yuǎn)程控制裝車，極大地改善了員工的工作環(huán)境，減少了環(huán)境污染，保障了生產(chǎn)安全。目前該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，不僅提高了裝車的自動化水平，而且使裝車計(jì)量精度大大提高，從而減少了貿(mào)易糾紛，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。