定量與稱重相結(jié)合的裝車系統(tǒng)在輕烴充裝中的應(yīng)用

宋志俊，袁智勇，王娟娟，趙鑫輝

中國石油長慶油田分公司第一采油廠 （陜西 延安 716000）

石油工業(yè)各類石油產(chǎn)品多數(shù)使用槽車?yán)\(yùn)，槽車具有安全風(fēng)險(xiǎn)高、計(jì)量模式多等缺點(diǎn)，需要裝車過程安全平穩(wěn)、計(jì)量準(zhǔn)確。輕烴槽車裝車計(jì)量分為壓力容器計(jì)量、流量計(jì)計(jì)量和地磅計(jì)量[1]。壓力容器計(jì)量精度低，球型儲罐精度為0.5%，臥式儲罐精度1%；質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量精度較高，輕烴系統(tǒng)精度在0.3%左右，但是檢定程序復(fù)雜困難[2]；地磅計(jì)量準(zhǔn)確度高在0.1%左右，現(xiàn)在國內(nèi)外輕烴槽車裝車計(jì)量廣泛采用定量裝車系統(tǒng)。安塞油田輕烴生產(chǎn)系統(tǒng)是用來處理原油采出液中的氣體和原油穩(wěn)定后的氣體，處理后的產(chǎn)品分為液化氣和輕烴，這些產(chǎn)品通過專業(yè)公司對外銷售，采購方通過槽車裝載的方式外運(yùn)，裝車計(jì)量采用定量（流量計(jì)）+地衡稱重的方式。

1 裝車系統(tǒng)設(shè)備組成

1.1 定量裝車系統(tǒng)構(gòu)成

安塞油田共有輕烴生產(chǎn)站點(diǎn)5座，以前均使用地衡計(jì)量方式進(jìn)行裝車，近幾年改造所有站點(diǎn)均安裝定量裝車系統(tǒng)來提高裝車效率。以杏H輕烴站為例，定量裝車系統(tǒng)由定量裝車儀、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場儀表三部分構(gòu)成，如圖1所示。

1）定量裝車儀由智能控制器模塊、一體化液晶操作面板、24 V工業(yè)電源、防爆控制箱組成。智能控制器主要完成數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、邏輯運(yùn)算以及控制信號的輸出；一體化液晶操作面板包括鍵盤和液晶顯示屏，主要用于數(shù)據(jù)的輸入和啟、停等操作；24 V電源提供電力。

圖1 定量裝車系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成圖

2）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、通訊卡、打印機(jī)和系統(tǒng)軟件組成。通訊卡將控制器處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳輸至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)上軟件將數(shù)據(jù)顯示在屏幕上，同時(shí)也可以將控制命令通過計(jì)算機(jī)下達(dá)至智能控制器；打印機(jī)將所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。

3）現(xiàn)場儀器儀表由裝車控制閥、流量計(jì)、可燃?xì)怏w報(bào)警儀和靜電檢測儀等組成。質(zhì)量流量計(jì)計(jì)算裝車物料數(shù)量；靜電檢測儀檢測槽車與靜電接地情況；其他儀表檢測溫度、壓力和可燃?xì)怏w濃度等數(shù)據(jù)；裝車控制閥可接到控制器或計(jì)算機(jī)指令在充裝前、充裝結(jié)束時(shí)打開或關(guān)閉閥門。

1.2 地衡稱重系統(tǒng)構(gòu)成

地衡稱重系統(tǒng)由地衡稱重臺、傳感器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)三部分組成。槽車進(jìn)入稱重臺稱重，傳感器將槽車重量傳輸至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)顯示、記錄、計(jì)算，得出皮重、毛重和凈重，控制系統(tǒng)配備打印機(jī)，將單據(jù)打印進(jìn)行結(jié)算。

2 裝車原理

2.1 裝車系統(tǒng)原理

安塞油田杏H輕烴生產(chǎn)站使用槽車額定充裝計(jì)量和地衡稱重的槽車皮重，計(jì)算出定量裝車系統(tǒng)設(shè)定的最大充裝量。2臺單級離心裝車泵，同時(shí)可以為液化氣和輕烴提供裝車動力。質(zhì)量流量計(jì)對裝車過程充裝量進(jìn)行計(jì)量和監(jiān)控。地衡稱量槽車毛重和皮重后打印結(jié)算單據(jù)完成充裝。

在充裝過程中，根據(jù)槽車的情況，控制系統(tǒng)設(shè)置裝車限值，現(xiàn)場的儀器儀表將流量、壓力、溫度以及可燃?xì)怏w濃度等數(shù)據(jù)采集來，以脈沖信號的形式傳輸至控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，控制系統(tǒng)接收質(zhì)量流量計(jì)數(shù)據(jù)并計(jì)算后將充裝的實(shí)時(shí)情況顯示在電腦上，充裝量達(dá)到設(shè)定值時(shí)自動停止裝車泵和關(guān)閉裝車控制閥。如出現(xiàn)壓力、可燃?xì)怏w以及靜電釋放等數(shù)據(jù)異常情況，控制系統(tǒng)下達(dá)遠(yuǎn)程停車、關(guān)閉閥門等操作，發(fā)出報(bào)警鈴聲，同時(shí)操作面板上顯示報(bào)警信息。

2.2 裝車過程計(jì)量

裝車計(jì)量有兩種，分別是定量裝車計(jì)量和地衡計(jì)量，地衡計(jì)量通過重力傳感，稱重毛重和皮重相減后得出最終的計(jì)量結(jié)果。

裝車過程計(jì)量通過質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。首先計(jì)量出體積流量，溫度傳感器錄取的溫度值將體積修正到20℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)體積，其次標(biāo)準(zhǔn)體積乘以實(shí)測的標(biāo)準(zhǔn)密度，最終得到裝車質(zhì)量。計(jì)算方法如式（1）所示。

式中：W為裝車質(zhì)量，kg；Q為20℃時(shí)的體積流量，m3/h；q為t℃時(shí)的體積流量，m3/h；r為膨脹系數(shù)，由系統(tǒng)根據(jù)體積和溫度關(guān)系曲線自動算出，常量。ρ為20℃時(shí)液體的標(biāo)準(zhǔn)密度，kg/m3；t為溫度變送器測量的溫度，℃。

管道內(nèi)流體溫度是連續(xù)變化的，因此在補(bǔ)償運(yùn)算時(shí)，取很短時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)流量，算得該時(shí)間內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)體積流量，然后做積分運(yùn)算就可計(jì)算出總的體積流量。

3 裝車流程

裝車過程分為現(xiàn)場操作和遠(yuǎn)程操作：現(xiàn)場操作是使用定量裝車儀上控制按鈕進(jìn)行操作，遠(yuǎn)程操作使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在值班室進(jìn)行操作。槽車經(jīng)過安全檢查，開票室開好票據(jù)后進(jìn)廠，到地衡進(jìn)行稱取皮重，定量裝車系統(tǒng)根據(jù)皮重和裝車額定量，設(shè)置裝車量，錄入油品種類、數(shù)量，槽車進(jìn)入裝車位，操作員接通靜電接地裝置，導(dǎo)通后，在遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)上操作裝車和監(jiān)控，裝車量達(dá)到設(shè)定值完成裝車。由毛重計(jì)算得到的凈重就是最終的裝車結(jié)算量，具體裝車流程如圖2所示。

圖2 裝車操作流程圖

4 應(yīng)用效果

4.1 提高裝車準(zhǔn)確度

輕烴運(yùn)輸槽車為移動式壓力容器，設(shè)計(jì)壓力一般為1.77～2.16 MPa[3]，由于輕烴槽車裝車壓力較高，導(dǎo)致?lián)p耗相對較高，一般影響裝車損耗的因素有計(jì)量誤差、欠裝之后的補(bǔ)裝、以及人員操作等。

由于杏H站裝車系統(tǒng)使用漩渦質(zhì)量流量計(jì)，流量、壓力和直管段等因素均有可能引起計(jì)量誤差[4]，如果單一使用質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行結(jié)算，則會造成計(jì)量不準(zhǔn)確。單獨(dú)使用地衡進(jìn)行裝車，不能對裝車過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，會出現(xiàn)欠裝或超裝的情況。需要重復(fù)裝車或泄壓，增大裝車損耗，研究表明定量裝車系統(tǒng)在成品油中的應(yīng)用可將裝車損耗由0.6‰降低至0.3‰[5]。使用地衡對定量裝車系統(tǒng)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定[6]，在貿(mào)易結(jié)算時(shí)使用地衡，就很好地解決了單一地使用定量裝車系統(tǒng)誤差大、使用地衡裝車損耗大的問題。在使用定量+地衡裝車系統(tǒng)后，提高了結(jié)算精度，裝車系統(tǒng)計(jì)量與儲罐計(jì)量的相對誤差由原來1%降低到0.2%，見表1。

表1 裝車系統(tǒng)應(yīng)用前后裝車量對比表

4.2 提高裝車效率

4.2.1裝車過程實(shí)現(xiàn)智能化

以往地衡裝車，需要人工到罐區(qū)、裝車區(qū)打開閥門并啟停裝車泵，產(chǎn)品充裝憑員工的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)生異常情況時(shí)則需要員工到現(xiàn)場判斷。定量裝車系統(tǒng)在罐區(qū)安裝遠(yuǎn)程控制閥、泵遠(yuǎn)程啟停裝置和儀器儀表，對裝車過程進(jìn)行全程監(jiān)控。充裝時(shí)員工只需在值班室完成裝車，降低員工勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)裝車智能控制。

4.2.2 縮短裝車時(shí)間

應(yīng)用定量裝車系統(tǒng)后，經(jīng)過對裝車車輛的安全檢查，操作人員安裝鶴管，遠(yuǎn)程開啟、關(guān)閉閥門，啟停裝車泵，節(jié)省了以往到罐區(qū)開關(guān)閥門、啟停裝車泵的時(shí)間，減少勞動強(qiáng)度，裝車時(shí)間由2 h縮短至40 min。單獨(dú)使用地衡裝車時(shí)操作人員憑經(jīng)驗(yàn)判斷槽車充裝量是否完成，若充裝量不足，需要二次充裝，甚至三次充裝，使裝車時(shí)間成倍增加，安全風(fēng)險(xiǎn)增大。應(yīng)用定量+稱重的裝車模式，避免了超裝、欠裝情況發(fā)生，提高了裝車效率。

4.2.3 自動生成報(bào)表

裝車數(shù)據(jù)用于貿(mào)易，使用地衡裝車為手寫和簽章，存檔的紙質(zhì)資料需要單獨(dú)存放，容易損壞和丟失。應(yīng)用定量+稱重的裝車系統(tǒng)后，裝車員錄入車輛信息，裝車數(shù)據(jù)自動生成并保存，圖3為輕烴裝料單據(jù)。裝車數(shù)據(jù)無法修改，自動打印票據(jù)，如需查詢歷史數(shù)據(jù)，要管理員授權(quán)，大大提高了數(shù)據(jù)的保密性，節(jié)約了工作時(shí)間。

圖4 裝車系統(tǒng)裝料報(bào)表

4.3 降低安全風(fēng)險(xiǎn)

槽車裝車是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)較高的操作，存在油氣泄漏、火災(zāi)爆炸、物體打擊以及中毒和凍傷的風(fēng)險(xiǎn)，裝車系統(tǒng)中有報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)裝置以及安裝了可燃?xì)怏w檢測儀、靜電接地檢測儀。當(dāng)檢測不合格時(shí)，無法裝車，同時(shí)還可以遠(yuǎn)程急停操作。定量裝車杜絕了超裝和欠裝，避免了超裝泄壓過程的安全風(fēng)險(xiǎn)和欠裝過程中的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)論

目前輕烴生產(chǎn)系統(tǒng)槽車充裝使用的單一模式，如地衡、流量計(jì)和壓力容器，各裝車模式均有優(yōu)缺點(diǎn)。定量裝車系統(tǒng)中質(zhì)量流量計(jì)精度中等、檢定難度大，買方認(rèn)可度低；地衡裝車精度高，但不能過程監(jiān)控，充裝過程安全風(fēng)險(xiǎn)、勞動強(qiáng)度大，操作員憑經(jīng)驗(yàn)操作，容易出現(xiàn)超裝事件。使用定量+地衡的充裝模式既滿足了安全要求，又達(dá)到了計(jì)量精度。安塞油田近5年將所有輕烴生產(chǎn)站庫均升級到定量+地衡相結(jié)合裝車系統(tǒng)，解決了原來經(jīng)常性欠裝、超裝、損耗大、效率低以及操作工人勞動強(qiáng)度大等問題，實(shí)現(xiàn)了安全、平穩(wěn)、高效地槽車充裝。