石化企業(yè)原油罐區(qū)自動化技術(shù)分析

徐紅輝

（大連西太平洋石油化工有限公司設(shè)備部儀表處，遼寧大連 116600）

1 石化企業(yè)原油罐區(qū)自動化技術(shù)概述

現(xiàn)階段石化企業(yè)原油罐區(qū)自動化程度得到了極大改善，各種自動化技術(shù)被應(yīng)用到各個方面。從原油罐區(qū)管理方面，企業(yè)開發(fā)使用了各種集成管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)罐區(qū)自動控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、出貨量統(tǒng)計、共享數(shù)據(jù)等。在各個環(huán)節(jié)，自動化技術(shù)也得到了充分的開發(fā)和應(yīng)用，最為明顯的是計量檢測技術(shù)，各種自動化計量檢測設(shè)備被應(yīng)用到罐區(qū)檢測工作中，取得了良好的成果。

推動實(shí)施原油罐區(qū)自動化技術(shù)可以得到以下優(yōu)勢：

1）提升安全性。利用自動化監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時監(jiān)控原油罐區(qū)各個位置以及整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)中某些信號出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，作出停機(jī)或者其他的應(yīng)急行為，降低機(jī)械故障及人為原因造成的安全問題，提高整個罐區(qū)工作的安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2）提高生產(chǎn)質(zhì)量。自動化技術(shù)的利用，減少了員工操作帶來的操作誤差，縮小了誤差范圍，繼而提高了生產(chǎn)質(zhì)量。同時通過自動化儀表技術(shù)，完成對原油罐區(qū)各種物化性能的檢測，能夠更全面，更科學(xué)地檢測系統(tǒng)中數(shù)值是否有異常。

3）提升管理精度。管理是一個系統(tǒng)性的工作，涉及到大量的數(shù)據(jù)信息，從人力資源到設(shè)備運(yùn)行，如果單純地依靠人力，無法完成上述工作，依靠自動化技術(shù)能夠快速地完成信息的篩選，并依據(jù)信息處理技術(shù)，為決策人員提供相關(guān)的決策信息，問題解決更具有針對性，解決更加快速。同時依靠自動化技術(shù)去參與原油罐區(qū)管理，消除了人為管理存在的弊端，讓管理更加的公正透明，提高了管理精度。

2 自動化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 自動化控制系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

十多年前，國內(nèi)原油行業(yè)儲運(yùn)系統(tǒng)的自動化水平較低，自動測量儀器較少，儀器精度不高。小型控制儀器或工業(yè)控制機(jī)器主要用于油庫的過程控制和生產(chǎn)操作。隨著近年來的發(fā)展，油庫配備了DCS和PLC等通用控制系統(tǒng)。與生產(chǎn)設(shè)備相比，油庫的自動控制系統(tǒng)承擔(dān)著更多的油罐容量計算和管理任務(wù)。新工廠大型儲罐場的儲罐容量計算和管理通常是通過TMU和專用軟件來實(shí)現(xiàn)的，小型油庫或改造項目可通過在DCS中進(jìn)行配置來實(shí)現(xiàn)。

原油罐區(qū)自動化系統(tǒng)主要包括兩部分：儲罐庫存管理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。儲罐庫存管理系統(tǒng)采用開放分布式結(jié)構(gòu)，具有“集中管理，信息共享”的特點(diǎn)。它實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、油料管理、質(zhì)量管理、報警事件記錄、故障診斷、報警顯示、油罐狀態(tài)顯示、管道流量顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢和報告統(tǒng)計等功能。該控制系統(tǒng)具有現(xiàn)場分布式運(yùn)行控制和遠(yuǎn)程集中控制管理的功能。關(guān)鍵技術(shù)在于罐區(qū)內(nèi)儲油罐油量統(tǒng)計，作為儲罐庫存管理系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，依靠的是自動化計量技術(shù)。另外一個關(guān)鍵技術(shù)就是自動控制技術(shù)，主要工作過程如圖1所示。

圖1 自動化控制系統(tǒng)工作內(nèi)容

2.2 自動化計量技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

儲罐庫存管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)儲罐庫存的計算和信息管理，是儲罐區(qū)自動化的重要組成部分。核心是機(jī)油數(shù)量統(tǒng)計技術(shù)，即如何將計算機(jī)收集的數(shù)據(jù)（例如液位和壓力）轉(zhuǎn)換為運(yùn)行所需的機(jī)油數(shù)據(jù)。罐區(qū)自動化中的罐表數(shù)據(jù)基于計量部門的罐表，并通過線性插值功能進(jìn)行選擇，以形成罐區(qū)自動化中的罐表。該油罐計算出的油量精度高，滿足生產(chǎn)管理的要求，避免了直接使用計量部門油罐表數(shù)據(jù)而造成海量數(shù)據(jù)存儲的問題，有利于油料罐的管理和運(yùn)行。

2.2.1 儲油罐自動計量

近年來，由于計算機(jī)、光纖、超聲波、雷達(dá)等高科技的發(fā)展，各種新技術(shù)和方法已進(jìn)入儲油罐測量領(lǐng)域。對于油庫中的立式儲油罐，體積測量的主要參數(shù)是儲油罐液位，因此稱為液位測量。液位測量技術(shù)分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式儀器主要由各種鋼帶浮子液位計組成。它的主要缺點(diǎn)是機(jī)械摩擦?xí)绊懢龋⑶揖炔桓?。非接觸式儀器包括微波雷達(dá)液位計、激光雷達(dá)液位計、超聲波液位計等。這種液位計利用聲、光和射線的能量進(jìn)行測量，因此具有廣泛的應(yīng)用范圍和較高的測量精度。根據(jù)油庫多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如果使用雷達(dá)、超聲波等非接觸式儀器測量儲油罐液位，可以解決經(jīng)常發(fā)生的鋼帶粘連和介質(zhì)附著的問題。在過去使用的鋼帶浮球液位計中，提高了儲油罐液位的測量精度。

2.2.2 儲油罐溫度自動計量

因?yàn)閮τ凸拗械臏囟葓霾痪鶆?，尤其是在冬天，所以即使使用定點(diǎn)溫度測量來計算平均值，以根據(jù)規(guī)定估算儲油罐中原油的溫度，無法分層的油無法準(zhǔn)確測量。對于輕質(zhì)和易混合的油，溫度分層的影響可以忽略。因此，可以使用多電阻溫度計。它使用一組長度不同的銅線溫度傳感元件來獲得平均溫度，通常用于測量層壓產(chǎn)品的平均溫度。

2.2.3 采油量的自動計量

①在線自動取樣器上的原油。手動間歇采樣測試的時間和隨機(jī)性，以及操作員是否正常運(yùn)行，都具有較大的人為不確定性因素，這使得所代表的樣本受到質(zhì)疑。因此，在原油和外部管道上開發(fā)并配置了在線原油自動采樣器，以減少由油密度、含水率波動和手動間歇采樣引起的測量誤差，從而使油樣具有代表性并可以節(jié)省成本。重要交匯處的油樣，如果對密度和含水量儀器有爭議或失敗，可以保留代表性樣品作為證據(jù)。

②在線水含量分析和原油密度測量。密度和含水率直接參與油凈化質(zhì)量的計算，其精度會影響測量交接的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和公平性。因此，可以現(xiàn)場安裝在線含水率分析儀和在線原油密度計，并可以配備流量計算機(jī)來連續(xù)，準(zhǔn)確地測量和記錄體積、純凈水、凈油、含水量和水分的變化?；旌嫌偷拿芏瓤梢酝ㄟ^實(shí)時測量原油的水含量和密度來最大限度地減少人為因素的影響。含水量分析儀可以分為四種類型：射頻法、微波法、電容法和低能射線法。前三種方法分別用于測量油和水的介電常數(shù)，而低能射線法則基于油和水對射線的不同能量吸收系數(shù)。這些工作原理受原油的溫度和密度影響，因此必須由溫度和密度來補(bǔ)償。特別地，在選擇時應(yīng)考慮具有出色的溫度變化誤差性能的水分分析儀。目前，線性密度計已在世界范圍內(nèi)使用，例如振蕩管密度計和浸沒金屬浮子密度計。擺管式密度計的樣品消耗量小，精度高，無人為讀數(shù)誤差，但整個系統(tǒng)成本高；浸沒金屬浮法光密度計的原理與傳統(tǒng)玻璃浮法光密度計的原理相同，金屬浮標(biāo)易受樣品浮力的影響。

2.3 自動化檢測技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用

聲發(fā)射測試技術(shù)。聲發(fā)射（AE）也稱為應(yīng)力波發(fā)射（SWE），用于儲罐底板的腐蝕和泄漏評估。前者表明，當(dāng)存在腐蝕缺陷時，相應(yīng)的強(qiáng)度會降低，并且在液面和壓力狀態(tài)下會發(fā)生輕微變形，從而導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物掉落并形成聲發(fā)射信號。借助于在罐外壁上的傳感器的特定布置，獲得了由腐蝕和泄漏產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，并且研究了由信號引起的罐底板結(jié)構(gòu)的腐蝕狀態(tài)。

機(jī)器人檢測技術(shù)。通過儲罐頂部的孔將機(jī)器人引入儲罐，由儲罐外部的機(jī)器人管理車進(jìn)行操作，并借助遠(yuǎn)程控制模式檢測儲罐底部。使用了機(jī)器人產(chǎn)品，節(jié)省了打開和清潔的成本，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但是，由于機(jī)器人體內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)對原油和成品油的檢測具有很大的潛在安全隱患，因此該技術(shù)的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

3 未來發(fā)展趨勢

3.1 石化儀表的精準(zhǔn)性再次提高

提高石化儀器的精度，準(zhǔn)確監(jiān)測石化產(chǎn)品的質(zhì)量和運(yùn)行性能，減少產(chǎn)品錯誤，將對進(jìn)一步提高石化儀器在生產(chǎn)中的應(yīng)用效果起到積極作用?？商岣邇x器儀表靈敏度和準(zhǔn)確性，并可以通過智能計算優(yōu)化執(zhí)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測水平的全面提高。

3.2 提高智能化和信息化水平

信息化和智能化是石化儀器自動化控制的關(guān)鍵。重視石化儀器的智能化和信息化水平在實(shí)現(xiàn)自動化功能集成和智能控制方面起著積極的作用。在石化產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，需要智能信息集成和數(shù)據(jù)信息控制，以實(shí)現(xiàn)石化儀器自動控制效果的全面提高?；趯π畔?shù)據(jù)的預(yù)測和分析，并通過人機(jī)界面技術(shù)的優(yōu)化，來提高石化儀器的自動控制水平。

利用云計算和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。云計算解放了系統(tǒng)的計算能力，能夠更加快速地完成對信息的存儲功能，而利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)進(jìn)行篩選，快速地找到大規(guī)模數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)的規(guī)律，并且輸出相應(yīng)的規(guī)律報告，為石化企業(yè)原油罐區(qū)的管理提供了決策支撐，進(jìn)一步提升自動化管理水平。

3.3 建立安全保護(hù)體系，優(yōu)化自動控制水平

要建立安全保護(hù)體系，有必要在信息反饋系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合石化儀器控制系統(tǒng)的控制方式，控制石化儀器自動控制系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行方式。假設(shè)存在石油化工儀器故障和參數(shù)不正確，將直接影響石化行業(yè)的安全生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，為保證石化儀器自動控制系統(tǒng)的安全性，有必要建立石化儀器自動控制系統(tǒng)應(yīng)用的保護(hù)機(jī)制，并在監(jiān)測和檢測中合理使用石化儀器控制系統(tǒng)。為了避免化學(xué)污染，有必要使用石化儀器自動監(jiān)測系統(tǒng)，對化學(xué)生產(chǎn)后釋放出的物質(zhì)進(jìn)行綜合分析，并通過數(shù)據(jù)參數(shù)分析和數(shù)據(jù)信息處理，降低石化生產(chǎn)的風(fēng)險系數(shù)。

4 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)的發(fā)展，石化企業(yè)必須要加快兩化融合進(jìn)程，加快信息化和工業(yè)化融合，其中自動化技術(shù)是必不可少的技術(shù)手段，現(xiàn)階段的自動化技術(shù)已經(jīng)不同于傳統(tǒng)的自動化技術(shù)，其外延范圍更廣，自動化水平更高，智能化、信息化水平更高。石化企業(yè)原油罐區(qū)利用自動化控制系統(tǒng)、自動計量手段，完成對儲油罐油量、運(yùn)輸、存儲等工作實(shí)時監(jiān)控，提高了工作效率，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時借助自動化技術(shù)，能夠?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)中所有設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常點(diǎn)，繼而啟動相應(yīng)的應(yīng)急措施，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。未來自動化技術(shù)將向著智能化、高度集成化、人性化等方面發(fā)展。