石油化工廠油品裝車發(fā)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化探討

盧圣峰，李月英，王志芳

（1.獨(dú)山子石化公司 鐵路運(yùn)輸公司，新疆維吾爾自治區(qū) 獨(dú)山子區(qū) 833699；2.獨(dú)山子石化公司 信息網(wǎng)絡(luò)公司，新疆維吾爾自治區(qū) 獨(dú)山子區(qū) 833699）

0 引言

某石化公司有15道火車棧橋裝置及4處鐵路運(yùn)輸站點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著石腦油、輕烴液化氣、MTBE、原油進(jìn)廠存儲，及汽油、柴油、航煤及苯類等液體產(chǎn)品的裝運(yùn)外銷任務(wù)，對整個石化公司的生產(chǎn)調(diào)度、物料平衡起著極為至關(guān)重要的作用。隨著企業(yè)專用鐵路信息化及自動裝車技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)鐵路運(yùn)輸和自動裝車系統(tǒng)取得了進(jìn)一步優(yōu)化。公司于2021年在兩個棧橋48道火車棧橋進(jìn)行改造，更換為可視化遠(yuǎn)程控制桁架式自動對位氣動密閉液下裝車鶴管，具備自動定量灌裝功能，滿足裝車及環(huán)保要求。改造取得了良好的效果，不但降低了員工的勞動強(qiáng)度，同時也提高了裝車效率。但在裝車過程中仍需要人員現(xiàn)場完成鐵路機(jī)車位置調(diào)整、人工計量檢尺等操作[1]，本文主要討論在現(xiàn)有基礎(chǔ)上鐵路運(yùn)輸及優(yōu)化裝車的可行性。

隨著企業(yè)專用線路信息化及油品自動灌裝技術(shù)的發(fā)展，鐵路運(yùn)輸管理、產(chǎn)品出廠計量等已經(jīng)逐漸擺脫靠手工記錄、紙質(zhì)單據(jù)等傳統(tǒng)作業(yè)方式，普遍實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸數(shù)據(jù)信息化、裝車數(shù)據(jù)自動導(dǎo)出上傳等功能。但隨著企業(yè)智能化和信息化程度的高度發(fā)展，深挖信息系統(tǒng)潛力、最大程度實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化、無人化系統(tǒng)，降低人力成本，實(shí)現(xiàn)可量化的科學(xué)生產(chǎn)管理模式成為當(dāng)前發(fā)展的必然趨勢。

1 鐵路裝車系統(tǒng)基本情況

某石化分公司是大型煉油、化工、精細(xì)化工一體化的綜合性石化企業(yè)，產(chǎn)品主要銷往西北、西南、華北、華東等地區(qū)。公司專用鐵路是煉化企業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)銷系統(tǒng)連接路網(wǎng)鐵路的基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著企業(yè)成品及原材料運(yùn)輸及中間產(chǎn)品的轉(zhuǎn)運(yùn)儲存等，與全公司物料平衡密切相關(guān)。專用鐵路是企業(yè)生產(chǎn)組織的重要環(huán)節(jié)和最主要的運(yùn)輸方式，在企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動中起著非常重要的作用。

企業(yè)專用鐵路在行車安全方面主要依靠“微機(jī)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)”[2]，它解決了鐵路信號和進(jìn)路排列的問題，企業(yè)專用鐵路機(jī)車安控系統(tǒng)采用鐵路機(jī)車車地聯(lián)控系統(tǒng)，車載系統(tǒng)安裝在機(jī)車司機(jī)室，對機(jī)車進(jìn)行實(shí)時位置追蹤，在接近道口、信號機(jī)等位置時給出語音提示，在進(jìn)入棧橋進(jìn)行裝車操作時則根據(jù)現(xiàn)場操作人員指揮調(diào)整?？课恢茫詽M足火車定量裝車控制系統(tǒng)操作范圍的要求。

火車定量裝車控制系統(tǒng)主要包括操作室定量裝車監(jiān)控系統(tǒng)、現(xiàn)場定量裝車批控儀、靜電檢測接地夾、靜電溢油保護(hù)器、流量計、切斷閥等，定量裝車控制系統(tǒng)采用二級布網(wǎng)方式，形成以操作室中的操作站為集中管控單元，現(xiàn)場定量裝車儀為分散獨(dú)立控制單元的集散控制系統(tǒng)，實(shí)行整個裝車系統(tǒng)的監(jiān)控管理集中、控制風(fēng)險分散的目的，保證裝車系統(tǒng)安全、環(huán)保、可靠、高效地運(yùn)行。

2 鐵路裝車系統(tǒng)存在的問題及解決方案

企業(yè)鐵路運(yùn)輸專線每年運(yùn)送量65000車次，貨物量400萬噸，從未發(fā)生過鐵路運(yùn)輸及罐車跑、冒油及差量事故，保障了公司生產(chǎn)原料及產(chǎn)品出廠的可靠性和準(zhǔn)確性。

目前，企業(yè)專用鐵路機(jī)車運(yùn)行主要依靠基于軌道電路技術(shù)“微機(jī)信號聯(lián)鎖系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)鐵路機(jī)車車地聯(lián)控；裝車系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程自動定位和批量灌裝控制系統(tǒng)，配套軌道衡計量罐車和人工檢尺計算，使系統(tǒng)計量準(zhǔn)確度高，滿足油品貿(mào)易交接允差的規(guī)定。但鐵路裝車系統(tǒng)仍存在一些不足，主要體現(xiàn)在以下兩方面。

2.1 機(jī)車自動定位系統(tǒng)

目前，企業(yè)專用鐵路機(jī)車車載系統(tǒng)安裝在機(jī)車司機(jī)室，接收GPS定位信息、速度信息、時間信息和狀態(tài)信息，實(shí)時顯示微機(jī)聯(lián)鎖的相關(guān)信息，即機(jī)車的位置、速度、車列前方進(jìn)路、調(diào)車信號和距離等，對機(jī)車進(jìn)行實(shí)時位置追蹤；在接近道口、車擋、停留車、信號機(jī)位置時給出語音提示，并具備自停功能[3]。

但該技術(shù)受軌道銹蝕、雜物影響較大，車輛實(shí)時定位利用車載GPS接收機(jī)獲得機(jī)車定位信息，通常GPS的定位精度為5m～10m，而在企業(yè)專用鐵路的站場，5m～10m可能橫跨3～4 條鐵路線路，并且線路軌間距為1.435m。因此，普通GPS的定位精度是達(dá)不到機(jī)車運(yùn)行監(jiān)控的要求，不滿足機(jī)車運(yùn)行監(jiān)控要求。但實(shí)際用于定位裝車時需要人工現(xiàn)場指揮，由于存在對裝車人員目測偏差及司機(jī)停車操作因素的影響，整個過程存在很大的隨機(jī)性，所以每列火車停止的位置都不太相同，最大的差別能達(dá)到3m～5m，以確保罐車位置滿足現(xiàn)場裝車的需要，需要頻繁啟動機(jī)車調(diào)整車位，不僅浪費(fèi)人力和時間，還造成燃油浪費(fèi)的危害[4]。

解決方案：針對這一缺陷，文中提出了機(jī)車自動定位系統(tǒng)。

機(jī)車自動定位系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行罐車的準(zhǔn)確定位，是實(shí)現(xiàn)全自動密閉裝車的輔助系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由地面應(yīng)答器、車載子系統(tǒng)、車載主機(jī)及處理軟件組成。

首先，在道岔叉尖信號燈絕緣節(jié)的位置安裝地面應(yīng)答器，實(shí)現(xiàn)機(jī)車?？课恢枚ㄎ?，地面應(yīng)答器安裝在股道枕木中間，水泥枕采用黃色自噴漆噴涂鐵路徽標(biāo)標(biāo)識，木枕使用螺絲釘在地面應(yīng)答器旁邊安裝鐵路徽記標(biāo)識牌。安裝示意圖如圖1。

圖1 地面應(yīng)答器安裝示意圖Fig.1 The schematic diagram of ground transponder installation

根據(jù)鶴管桁車運(yùn)行距離及罐車長度，在用可視化遠(yuǎn)程控制桁架式氣動密閉液下裝車鶴管對位包絡(luò)范圍為4000mm；與鐵路線垂直方向按照棧橋邊緣與鐵路中心線之間2125mm間距考慮鶴管對位范圍。經(jīng)過計算后，在道岔處設(shè)置3處地面應(yīng)答器，滿足機(jī)車前后移動距離要求，兼顧實(shí)現(xiàn)所有罐車裝車任務(wù)。然后，在機(jī)車底部安裝地面應(yīng)答器讀取單元，天線與主機(jī)通過饋線連接，通過RS232串口實(shí)現(xiàn)地面應(yīng)答器主機(jī)與車載主機(jī)的連接。地面應(yīng)答器天線設(shè)備如圖2。

圖2 地面應(yīng)答器天線Fig.2 Ground transponder antenna

機(jī)車正常運(yùn)行時速25km/h，根據(jù)GPS定位傳輸，當(dāng)接近地面應(yīng)答器5m～10m范圍內(nèi)時，機(jī)車減速5km/h運(yùn)行，至機(jī)動車主機(jī)與地面應(yīng)答器實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確對位，從而避免多次移動機(jī)車，造成人力及能耗浪費(fèi)。

實(shí)際運(yùn)行時，根據(jù)地面應(yīng)答器與車載主機(jī)的通訊數(shù)據(jù)，計算出機(jī)車的實(shí)際位置PV1，需要?？课恢脼镾V1，用繼電器指示實(shí)際定位與地面應(yīng)答器的偏差，繼電器均為常開繼電器。當(dāng)機(jī)車位置位于罐口左側(cè)時，PV1>0，則DV1>0，此時繼電器1得電，指示燈常亮；當(dāng)機(jī)車位置與應(yīng)答器位置接近時，PV1<0.5m時，繼電器1閃爍；當(dāng)機(jī)車實(shí)際到達(dá)應(yīng)答器位置時，PV1=0，則DV1=0，機(jī)車自動停車。機(jī)車自動定位系統(tǒng)控制系統(tǒng)示意圖如圖3。

圖3 機(jī)車自動定位系統(tǒng)控制示意圖Fig.3 The controlling sketch map of locomotive automatic positioning system

2.2 罐車計量檢測

2021年，針對老區(qū)火車棧橋隱患治理項目實(shí)現(xiàn)了棧橋的可視化遠(yuǎn)程控制桁架式自動對位氣動密閉液下裝車鶴管，具備自動定量灌裝功能。裝車流量計使用質(zhì)量流量計測量，流量計精度為0.2級，滿足相應(yīng)的計量標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 9109.5-2017《石油和液體石油產(chǎn)品動態(tài)計量》5.2.1條：“流量計必須符合國家規(guī)定的精確度等級，用作貿(mào)易交接計量的流量計的準(zhǔn)確度等級應(yīng)不低于0.2級”的要求。但實(shí)際運(yùn)行過程中，由于裝車線內(nèi)油品中含有氣體影響，及流量計受氣體的影響，仍然未實(shí)現(xiàn)定量精準(zhǔn)裝車，達(dá)到貿(mào)易交接目的，目前仍然需要人工檢尺測量及軌道衡計量罐車重量。

影響罐車計量檢測準(zhǔn)確性的問題分析有以下3種：

1）裝車線內(nèi)油品含有氣體所造成的影響

油品裝車時需要對短時批料流量進(jìn)行測量，此時汽柴油裝車線內(nèi)會經(jīng)歷“空—滿—空”的氣液兩相過程。由于裝車線內(nèi)存在氣相，當(dāng)流體中含有部分氣體或運(yùn)行工況不穩(wěn)定時，油品容易將流經(jīng)管線、設(shè)備高點(diǎn)的氣體帶入質(zhì)量流量計，造成流量計計量出現(xiàn)偏差。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，含氣泡1%（體積比）時質(zhì)量流量計誤差可達(dá)到1%～2%，含氣泡10%時誤差增加至15%～20%。當(dāng)液體流量在30kg/min～100kg/min變化，密度降在0%～35%變化時，含氣液體流量測量誤差最大可達(dá)50%[5]。

圖4 含氣液體流量下原始測量誤差Fig.4 The original measurement error at gas liquid flow rate

解決方案：

因?yàn)楣艿篮瑲饬恐苯佑绊懸后w質(zhì)量流量測量，含氣液體流量的含氣量（GVF）在實(shí)際測量中不易獲取和在線實(shí)時計算，但可以通過質(zhì)量流量傳感器信號的頻率反映被測混合流體的密度 。通過變送器增加Modbus通訊線，在DCS系統(tǒng)讀取實(shí)測流體密度。通過增加計算公式及歷史趨勢，可以計算出液體流量密度變化，進(jìn)而判斷出對裝車量的影響。根據(jù)已知單相液體的密度D0，就可以計算出密度降Dd為：

針對被測介質(zhì)密度變化，對裝車線內(nèi)氣相對流量計計量準(zhǔn)確性的影響，在每套質(zhì)量流量計前設(shè)置管道消氣過濾器[6]，其示意圖如圖5。

圖5 裝車管道消氣過濾器示意圖Fig.5 The schematic diagram of exhaust filter in loading pipeline

同時，在現(xiàn)場應(yīng)用中采取多種手段并行的方式開展裝車工作：

① 在每套汽柴油鶴管質(zhì)量流量計前設(shè)置管道消氣過濾器，為減少裝車線內(nèi)氣相對末端罐車流量計計量準(zhǔn)確性的影響，對初裝過程中操作進(jìn)行調(diào)整，泵開啟5min后再進(jìn)行裝車，機(jī)泵通過回流控制閥進(jìn)行循環(huán)，盡量讓氣相通過消氣器進(jìn)行消除。經(jīng)過測試，92#汽油末端4#、5#鶴偏位差明顯減小。

② 為防止裝車線內(nèi)氣相對計量準(zhǔn)確性的影響，裝車時采取先開末端兩個鶴位，待裝載量超20t排氣后，再對后續(xù)鶴位進(jìn)行裝車。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，95#汽油在末端1#、2#鶴位排氣后，3#鶴位偏差較1#、2#鶴位明顯減小。

③ 對初期裝車時瞬間大流量數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，消除瞬間大流量數(shù)據(jù)對流量計計量的影響，修改批控儀程序（剔除＞1000t/h的瞬時流量），消除瞬間氣體造成的大流量對計量造成的影響[7]。

2）批量控制儀裝車信號產(chǎn)生的影響

裝車計量用質(zhì)量流量計選用脈沖輸出信號至批量控制儀[8]，批量控制儀按照設(shè)定的程序完成自動裝車過程。通過批量控制儀實(shí)現(xiàn)控制閥門流量大小控制，實(shí)現(xiàn)裝車低流量啟動速度、最高流速、關(guān)閉前低流速，以及無流量等控制功能。初始裝車流速可控制小于1m/s，浸沒垂管底端20cm下的流速小于4m/s。流量系數(shù)為脈沖信號輸出流量計的固有系數(shù)，如流量計每檢測到0.4kg的物料時發(fā)出10個脈沖，則流量系數(shù)應(yīng)設(shè)為0.1，即每個脈沖對應(yīng)0.4kg。修正系數(shù)可用于對裝車時產(chǎn)生的誤差做出調(diào)整。

流量計發(fā)送脈沖數(shù)至批量控制儀，批量控制儀匯總脈沖數(shù)后按一定比例形成已裝量。因流量計數(shù)據(jù)直接傳輸至批量控制儀而非直接引入DCS系統(tǒng)，無法依據(jù)模擬信號進(jìn)行系數(shù)修正，需要現(xiàn)場分批次抄寫流量計數(shù)據(jù)，裝車前對該?dān)Q位流量計累計噸位進(jìn)行記錄。裝車結(jié)束后，再次對該?dān)Q位流量計累計噸位進(jìn)行核實(shí)，通過將流量計數(shù)據(jù)與批量控制儀數(shù)據(jù)比對[9]，確認(rèn)是否需要對系數(shù)進(jìn)行修正。若控制儀控制裝入量為1000，而實(shí)際檢測到裝車量為998，則為消除脈沖信號對定量裝車準(zhǔn)確性的影響，需要對定量裝車進(jìn)行系數(shù)修正，可將修正系數(shù)設(shè)置為0.9980，使控制儀控制的數(shù)量與實(shí)際裝車量一致；如一致，則可以保證修正系數(shù)為1不變。

3 應(yīng)用前景

隨著危險化學(xué)品重大危險源區(qū)及國家安全監(jiān)管總局《油氣罐區(qū)防火防爆十條規(guī)定》的發(fā)布實(shí)施，各企業(yè)對火車棧橋重要程度越來越高，各種隱患治理項目和施工正逐步實(shí)施，企業(yè)鐵路運(yùn)輸和自動裝車系統(tǒng)取得了進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程控制桁架式自動對位氣動密閉液下裝車鶴管，具備自動定量灌裝功能，滿足裝車及環(huán)保要求需求。改造提高了裝車效率的同時，降低了員工的勞動強(qiáng)度。但在鐵路機(jī)車位置調(diào)整、人工計量檢尺[10]等方面，仍未完全實(shí)現(xiàn)自動化。針對這些不足，本文主要討論在現(xiàn)有基礎(chǔ)上優(yōu)化鐵路運(yùn)輸機(jī)車自動定位及自動定量精準(zhǔn)裝車的可行性，使自動裝車系統(tǒng)效率更高，功能更趨于完善，對提高裝車效率具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。