1 引 言

中原油田天然氣處理廠是專門從事天然氣深加工處理和輕烴精細化工產品生產的大型現代化石化企業 ,管理著兩套大型油田伴生氣處理裝置和三套輕烴深加工裝置 。該廠下屬的輕烴產品充裝站主要充裝丙烷 、丁烷、液化氣 、戊烷等產品 。

由於這些充裝站建設時間較早 ,受當時技術條件的限製 ,充裝係統均采用閘閥 、腰輪K8凯发登录入口計 ( 無信號遠傳功能 ) 、靜電接地檢測報警儀 ( 無信號輸出功能 ) 等組成 , 裝車過程都是靠操作人員現場觀測和手動操作完成的。近年來 , 隨著生產裝置規模的擴大和 《承壓汽車罐車充裝站專項整治標準》的出台 ,如何快速、高效 、安全地完成裝車 , 降低裝車人員的勞動強度 、提高企業自動化管理水平就顯得日益迫切 。

2 定量裝車控製係統

定量裝車自動控製係統就是將儀表自動化技術、計算機控製技術 、網絡技術 、通訊技術等和傳統的裝車係統技術有機結合起來 ,實現了輕烴產品充裝係統的分散控製和集中管理 ,解決了充裝過程中存在的工藝管線 “水擊”現象 ,提高了係統的裝車精度和效率 ,降低了產品損耗 ,減輕了操作人員的勞動強度 ,為企業實現生產全過程自動化管理奠定了基礎 。

該充裝站充裝係統采用了某公司配套生產的定量裝車控製係統 ,投用了近兩年時間 ,效果顯著 ,應用很成功。

2. 1 定量裝車控製係統的組成及設備

該定量裝車控製係統主要由上位機操作係統、C D 2010多功能批量控製器 、K8凯发登录入口計 、測溫儀表 、裝車控製閥 、防靜電接地控製係統組成 。其係統結構如圖 1所示 。

2. 2 多功能批量控製器

C D 2010隔爆型多功能批量控製器是一款以微控製器為核心的新型智能化儀表 。它是以微控製器為核心 ,結合多年的現場經驗 , 製成的一款滿足石油 、化工企業使用的隔爆型智能化儀表。它可以與各種現場儀表和設備連接 ,如K8凯发登录入口計 、溫度計 、液位開關 、接地開關 、控製閥 ,以及其他一些標準傳感器和執行機構 ,滿足各種裝車控製應用需求 。同時 ,它還具備標準的 R S 485通訊接口 , 可以與操作計算機連接 、通訊 ,構成一個完整的“分散控製 、集中管理 ”定量控製係統 ,是整個係統的核心設備 。

2. 3 浪湧保護設備

為了防止室外的雷電波入侵對中控室設備造成損壞和中控室電源浪湧電流對現場設備造成損壞 ,該定量裝車控製係統采用了24 V直流電源浪湧保護器和 R S485通訊浪湧保護器 , 消除了裝車控製係統的安全隱患 ,保證了係統安全可靠地運行 。

2. 4 K8凯发登录入口計的選用

根據充裝介質和充裝精度的要求 , K8凯发登录入口計擬采用容積式K8凯发登录入口計 、渦輪K8凯发登录入口計 、渦街K8凯发登录入口計 、質量K8凯发登录入口計 。但容積式K8凯发登录入口計存在結構複雜、體積龐大 ,用於液化氣等低潤滑性液體磨損較快 、維護工作量大等缺點 ; 渦街K8凯发登录入口計安裝要求空間較大,受到了現場條件的限製 。科裏奧利質量K8凯发登录入口計是一種較先進的K8凯发登录入口計 ,能直接測出物料質量K8凯发登录入口 ,精度高 ,但其價格十分昂貴。

因此改造中采用了 L C 公司的渦輪K8凯发登录入口計 , 它具有重複性好 、無零點漂移 、抗幹擾能力好 、範圍度寬 、結構緊湊等優點 ,廣泛地應用於石油 、有機液體 、無機液 、液化氣 、天然氣和低溫流體等介質 。

2. 5 裝車控製閥的選用

在液態產品裝車的過程中 ,如果閥門突然開關 ,很容易出現 “水擊 ”現象 ,必須采用裝車控製閥來避免該現象。目前 ,液態產品裝車係統普遍采用的裝車控製閥是先導式控製閥、多段控製閥 。

先導式控製閥是一種由電磁先導閥控製膜片運動的液動閥 ,在控製器的控製下實現自動調節,達到恒流目的 , 並具有多級開閉功能 , 可有效地防止水擊 ,特別適用於石油 、化工行業 。國產的先導式控製閥以價格低 、結構簡單、控製性能好等優點廣泛用於壓力較低物料充裝係統上 ,戊烷產品充裝 ( 充裝壓力為 0. 6 ～ 0. 8 MP a ) 即采用這種控製閥 。

當充裝丙烷、丁烷 、液化氣時 ( 充裝壓力較高為1. 6 ～ 1. 9 MP a ) , 國內先導式控製閥的應用經驗還不夠成熟 ,而進口閥的價格又十分昂貴 ,因此選擇了氣動兩段控製閥 。氣動兩段控製閥提供了一種 0°～ 45° ～ 90° 的操作方式,中間位置是可調的 ,由兩個輔助活塞移動產生機械製動來實現 ,這種執行機構能夠提供 20° 、30° 、50° 、75° 等中間位置。如圖 2所示。

2. 6 靜電接地控製器的選用

S C P - P A 靜電接地控製器主要由控製器 、靜電接地夾 、工作狀態板 、接地線 、安全隔離器和導線等組成 。該控製器不但提供了現場工作狀態顯示、聲光報警功能 ,而且能通過安全隔離器向批量控製器提供狀態信號 。同時 ,這種控製器還具有靜電接地夾的自檢功能 ,保證靜電接地夾出現問題時能及時被發現 。

3 定量裝車控製係統工作原理

該定量裝車控製係統工作原理是通過K8凯发登录入口信號檢測、溫度校正 、定量輸入設置 、閥門自動控製 、聯鎖控製 、網絡通訊等技術實現輕烴產品充裝過程的“分散控製 、集中管理”,工作原理如圖 3所示 。

承壓汽車罐車進入充裝站時 , 先在控製室進行業務確認 。控製室的操作人員在操作站計算機上輸入用戶名 、車號、裝車量 、鶴位號 、物料名稱等參數 。

司機得到一張標有業務數據的裝車單後 , 將罐車駛入裝車位 。現場操作人員將裝車單的流水號輸入批量控製器 ,批量控製器上就會自動顯示出本次裝車量 ( 車輛不必按過磅順序進裝車位充裝 ,可根據裝車位空閑狀態靈活調整 ,最大限度地提高裝車位的利用率 ) 。

操作人員在現場接好裝車鶴管 ,接好防靜電接地夾 ,在現場滿足裝車條件的情況下 ,按現場批量控製器的 “啟動 ”按鈕 ,批量控製器就會打開裝車控製閥進行充裝。如遇特殊情況需要中途停止裝車作業 ,均可通過操作站計算機或現場批量控製器的“急停 ”鍵來完成。待現場條件滿足裝車條件後繼續裝車 ,完成全部工作 。在整個裝車過程中 ,用戶和操作人員都可以通過現場的顯示窗口看到本裝車位的物料名稱和當前設置量及實際裝車量等參數。

( 1) 係統提供了遠程和現場兩種控製流程 。遠程方式時 ,業務數據的設置由操作站控製,操作人員在批量控製器中輸入流水號 ,係統經核對後自動下裝業務數據,操作人員隻需按批量控製器的 “啟動 ”按鈕即可 ; 現場方式時 ,操作人員在批量控製器上直接輸入定量值 ,並按下 “啟動 ”按鈕即可實現產品充裝 。

( 2) 靜電接地控製器與批量控製器進行聯鎖 ,當所測靜電接地電阻不大於 100 Ψ時 , 靜電接地控製器發出報警並傳送至批量控製器 ,會操作裝車控製閥關閉 ,並在上位和現場操作界麵上顯示 ,保證產品充裝過程的安全 。

( 3) 渦輪K8凯发登录入口計隻能檢測體積K8凯发登录入口 ,為了達到《承壓汽車罐車充裝站專項整治標準 》中對質量K8凯发登录入口的計量 , 采用了管線上安裝熱電阻進行溫度補償[ 1]。

K8凯发登录入口計脈衝信號先經比較器後送計數口 , 由程序讀入 、累計並進行單位換算 :

Q=K · C

式中 : Q —— K8凯发登录入口 ; C —— K8凯发登录入口計脈衝計數累計值 ;K —— K8凯发登录入口係數 ( 脈衝數 /升 ) 。

熱電阻測量產品介質溫度 , 作為K8凯发登录入口的實時溫度補償 , 將實測溫度為 t 時的體積K8凯发登录入口換算成 20 ℃時的標準體積K8凯发登录入口 :

Q 20 =Q t [ 1—r ( t — 20) ]

式中 : Q20 — — — 20 ℃ 時K8凯发登录入口 ; Q t — —— t 時實測K8凯发登录入口 ;t — — — 實際工作狀態下介質溫度 ; r — —— 介質體積膨脹係數 。

補償運算是取很短時間段Δt 內的累計K8凯发登录入口Δqt ,算出此段時間內標準體積K8凯发登录入口Δq 20 , 總的體積K8凯发登录入口 就 是 各 段 時 間 內 Δq20 的 積 分 , 即 Q 20=∑ Δq20 。

按質量計算時 ,介質的質量K8凯发登录入口 :

M=Q 20 d20

式中 : d20—— 20 ℃時液體密度 , 需由技術人員進行人工設定 。

4 定量裝車控製係統的主要功能及特點

4. 1 C D 2010多功能批量控製器的主要功能

( 1) 它采用微控製器 ,產品智能化 ;

( 2) 它屬於隔爆型儀表 , 可以在可燃氣體或易燃液體蒸氣的爆炸等級 Ⅱ類 B 級 、自燃溫度 T 6 組別的環境下使用 ,滿足充裝站現場的防爆要求 ;

( 3) 它采用 R S - 485通信接口與上位機通信 ,並具備兩個通訊口 ,實現通訊口冗餘 ,當通訊出現故障時 ,係統會自動切換到備用通訊線路 ,以實現連續檢測 ,並會在上位機中顯示報警信息提醒操作人員 ;

( 4) 控製器的麵板按鍵采用霍爾無觸點開關 ,安全耐用 ,可設置各種裝車方式、參數及通信速率 ,參數設定範圍寬度 ;

( 5) 適用於各種脈衝型K8凯发登录入口信號 , 並可以體積K8凯发登录入口進行溫度補償 ,提高了定量精度 ;

( 6) 可以控製八個執行機構 , 執行機構控製的動作順序可編程 ,承載電流可以達到 1 A ;

( 7) 可設置關閉裝車控製閥提前量 ,提高了定量裝車控製精度 ,防止了管路的 “水擊 ”現象 ;

( 8) 批量控製器可以記錄多達 6 000條作業數據 ,並具備斷電數據保持功能 。當操作站出現故障時 ,業務數據記錄在批量控製器中,操作站修複後可以把業務數據讀回 ,保證了業務數據的完整性 。

4. 2 定量裝車控製係統精確度

( 1) 對所采用的渦輪K8凯发登录入口計 ( 脈衝信號輸出 ) 采集誤差為 ± ( 0. 1%F S+ 1個字 ) 。

( 2) 對熱電阻溫度計的采集誤差為 ±1 ℃。

( 3) 係統充裝控製精度可達到 ±0. 5%。

4. 3 定量裝車控製係統的功能特點

( 1) 采用微處理器 ,小型化 、智能化 ;

( 2) 可實現遠程 、現場兩項監視 、控製的要求 ;

( 3) 自動溫度補償 ,現場設置參數 ,實現裝車過程質量計量 ,提高了充裝係統精度 ;

( 4) 批量控製器可控製四組閥門和泵 , 動作順序可編程 ;

( 5) 控製室和現場均能顯示即時充裝值 、靜電接地狀態、充裝介質溫度 、故障狀態等信息 ;

( 6) 現場設備 、通訊和儀表光電隔離 ,做到隔離防爆和防浪湧電流設計,做到控製係統和現場安全可靠;

( 7) 具有防靜電接地控製聯鎖功能 ,提高了產品充裝過程的安全性 。

5 結 論

天然氣處理廠輕烴產品充裝站采用定量裝車自動控製係統改造建成投用後 ,在近兩年的運行中 ,該係統運行穩定可靠 、裝車精度高 ,克服了原充裝係統裝車效率低 、損耗大等弊端 ,避免了因操作人員疏忽可能造成的超裝事故 ,降低了操作人員的勞動強度 ,提升了充裝站的安全管理水平 ,實現了充裝站安全平穩運行的目的 ,提高了該廠的經濟效益和安全效益 。

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