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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(chǎn)品生產(chǎn)的大型現(xiàn)代化石化企業(yè) ,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(chǎn)品充裝站主要充裝丙烷 、丁烷、液化氣 、戊烷等產(chǎn)品 。

由于這些充裝站建設(shè)時間較早 ,受當時技術(shù)條件的限制 ,充裝系統(tǒng)均采用閘閥 、腰輪流量計 ( 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(xiàn)場觀測和手動操作完成的。近年來 , 隨著生產(chǎn)裝置規(guī)模的擴大和 《承壓汽車罐車充裝站專項整治標準》的出臺 ,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(yè)自動化管理水平就顯得日益迫切 。

2 定量裝車控制系統(tǒng)

定量裝車自動控制系統(tǒng)就是將儀表自動化技術(shù)、計算機控制技術(shù) 、網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 、通訊技術(shù)等和傳統(tǒng)的裝車系統(tǒng)技術(shù)有機結(jié)合起來 ,實現(xiàn)了輕烴產(chǎn)品充裝系統(tǒng)的分散控制和集中管理 ,解決了充裝過程中存在的工藝管線 “水擊”現(xiàn)象 ,提高了系統(tǒng)的裝車精度和效率 ,降低了產(chǎn)品損耗 ,減輕了操作人員的勞動強度 ,為企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)全過程自動化管理奠定了基礎(chǔ) 。

該充裝站充裝系統(tǒng)采用了某公司配套生產(chǎn)的定量裝車控制系統(tǒng) ,投用了近兩年時間 ,效果顯著 ,應(yīng)用很成功。

2. 1 定量裝車控制系統(tǒng)的組成及設(shè)備

該定量裝車控制系統(tǒng)主要由上位機操作系統(tǒng)、C D 2010多功能批量控制器 、流量計 、測溫儀表 、裝車控制閥 、防靜電接地控制系統(tǒng)組成 。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示 。

2. 2 多功能批量控制器

C D 2010隔爆型多功能批量控制器是一款以微控制器為核心的新型智能化儀表 。它是以微控制器為核心 ,結(jié)合多年的現(xiàn)場經(jīng)驗 , 制成的一款滿足石油 、化工企業(yè)使用的隔爆型智能化儀表。它可以與各種現(xiàn)場儀表和設(shè)備連接 ,如流量計 、溫度計 、液位開關(guān) 、接地開關(guān) 、控制閥 ,以及其他一些標準傳感器和執(zhí)行機構(gòu) ,滿足各種裝車控制應(yīng)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(gòu)成一個完整的“分散控制 、集中管理 ”定量控制系統(tǒng) ,是整個系統(tǒng)的核心設(shè)備 。

2. 3 浪涌保護設(shè)備

為了防止室外的雷電波入侵對中控室設(shè)備造成損壞和中控室電源浪涌電流對現(xiàn)場設(shè)備造成損壞 ,該定量裝車控制系統(tǒng)采用了24 V直流電源浪涌保護器和 R S485通訊浪涌保護器 , 消除了裝車控制系統(tǒng)的安全隱患 ,保證了系統(tǒng)安全可靠地運行 。

2. 4 流量計的選用

根據(jù)充裝介質(zhì)和充裝精度的要求 , 流量計擬采用容積式流量計 、渦輪流量計 、渦街流量計 、質(zhì)量流量計 。但容積式流量計存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大 ,用于液化氣等低潤滑性液體磨損較快 、維護工作量大等缺點 ; 渦街流量計安裝要求空間較大,受到了現(xiàn)場條件的限制 ?？评飱W利質(zhì)量流量計是一種較先進的流量計 ,能直接測出物料質(zhì)量流量 ,精度高 ,但其價格十分昂貴。

因此改造中采用了 L C 公司的渦輪流量計 , 它具有重復(fù)性好 、無零點漂移 、抗干擾能力好 、范圍度寬 、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點 ,廣泛地應(yīng)用于石油 、有機液體 、無機液 、液化氣 、天然氣和低溫流體等介質(zhì) 。

2. 5 裝車控制閥的選用

在液態(tài)產(chǎn)品裝車的過程中 ,如果閥門突然開關(guān) ,很容易出現(xiàn) “水擊 ”現(xiàn)象 ,必須采用裝車控制閥來避免該現(xiàn)象。目前 ,液態(tài)產(chǎn)品裝車系統(tǒng)普遍采用的裝車控制閥是先導(dǎo)式控制閥、多段控制閥 。

先導(dǎo)式控制閥是一種由電磁先導(dǎo)閥控制膜片運動的液動閥 ,在控制器的控制下實現(xiàn)自動調(diào)節(jié),達到恒流目的 , 并具有多級開閉功能 , 可有效地防止水擊 ,特別適用于石油 、化工行業(yè) 。國產(chǎn)的先導(dǎo)式控制閥以價格低 、結(jié)構(gòu)簡單、控制性能好等優(yōu)點廣泛用于壓力較低物料充裝系統(tǒng)上 ,戊烷產(chǎn)品充裝 ( 充裝壓力為 0. 6 ～ 0. 8 MP a ) 即采用這種控制閥 。

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(nèi)先導(dǎo)式控制閥的應(yīng)用經(jīng)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制閥 。氣動兩段控制閥提供了一種 0°～ 45° ～ 90° 的操作方式,中間位置是可調(diào)的 ,由兩個輔助活塞移動產(chǎn)生機械制動來實現(xiàn) ,這種執(zhí)行機構(gòu)能夠提供 20° 、30° 、50° 、75° 等中間位置。如圖 2所示。

2. 6 靜電接地控制器的選用

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

3 定量裝車控制系統(tǒng)工作原理

該定量裝車控制系統(tǒng)工作原理是通過流量信號檢測、溫度校正 、定量輸入設(shè)置 、閥門自動控制 、聯(lián)鎖控制 、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)實現(xiàn)輕烴產(chǎn)品充裝過程的“分散控制 、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 , 先在控制室進行業(yè)務(wù)確認 。控制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(shù) 。

司機得到一張標有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的裝車單后 , 將罐車駛?cè)胙b車位 ?，F(xiàn)場操作人員將裝車單的流水號輸入批量控制器 ,批量控制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(jù)裝車位空閑狀態(tài)靈活調(diào)整 ,最大限度地提高裝車位的利用率 ) 。

操作人員在現(xiàn)場接好裝車鶴管 ,接好防靜電接地夾 ,在現(xiàn)場滿足裝車條件的情況下 ,按現(xiàn)場批量控制器的 “啟動 ”按鈕 ,批量控制器就會打開裝車控制閥進行充裝。如遇特殊情況需要中途停止裝車作業(yè) ,均可通過操作站計算機或現(xiàn)場批量控制器的“急停 ”鍵來完成。待現(xiàn)場條件滿足裝車條件后繼續(xù)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(xiàn)場的顯示窗口看到本裝車位的物料名稱和當前設(shè)置量及實際裝車量等參數(shù)。

( 1) 系統(tǒng)提供了遠程和現(xiàn)場兩種控制流程 。遠程方式時 ,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的設(shè)置由操作站控制,操作人員在批量控制器中輸入流水號 ,系統(tǒng)經(jīng)核對后自動下裝業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),操作人員只需按批量控制器的 “啟動 ”按鈕即可 ; 現(xiàn)場方式時 ,操作人員在批量控制器上直接輸入定量值 ,并按下 “啟動 ”按鈕即可實現(xiàn)產(chǎn)品充裝 。

( 2) 靜電接地控制器與批量控制器進行聯(lián)鎖 ,當所測靜電接地電阻不大于 100 Ψ時 , 靜電接地控制器發(fā)出報警并傳送至批量控制器 ,會操作裝車控制閥關(guān)閉 ,并在上位和現(xiàn)場操作界面上顯示 ,保證產(chǎn)品充裝過程的安全 。

( 3) 渦輪流量計只能檢測體積流量 ,為了達到《承壓汽車罐車充裝站專項整治標準 》中對質(zhì)量流量的計量 , 采用了管線上安裝熱電阻進行溫度補償[ 1]。

流量計脈沖信號先經(jīng)比較器后送計數(shù)口 , 由程序讀入 、累計并進行單位換算 :

Q=K · C

式中 : Q —— 流量 ; C —— 流量計脈沖計數(shù)累計值 ;K —— 流量系數(shù) ( 脈沖數(shù) /升 ) 。

熱電阻測量產(chǎn)品介質(zhì)溫度 , 作為流量的實時溫度補償 , 將實測溫度為 t 時的體積流量換算成 20 ℃時的標準體積流量 :

Q 20 =Q t [ 1—r ( t — 20) ]

式中 : Q20 — — — 20 ℃ 時流量 ; Q t — —— t 時實測流量 ;t — — — 實際工作狀態(tài)下介質(zhì)溫度 ; r — —— 介質(zhì)體積膨脹系數(shù) 。

補償運算是取很短時間段Δt 內(nèi)的累計流量Δqt ,算出此段時間內(nèi)標準體積流量Δq 20 , 總的體積流量 就 是 各 段 時 間 內(nèi) Δq20 的 積 分 , 即 Q 20=∑ Δq20 。

按質(zhì)量計算時 ,介質(zhì)的質(zhì)量流量 :

M=Q 20 d20

式中 : d20—— 20 ℃時液體密度 , 需由技術(shù)人員進行人工設(shè)定 。

4 定量裝車控制系統(tǒng)的主要功能及特點

4. 1 C D 2010多功能批量控制器的主要功能

( 1) 它采用微控制器 ,產(chǎn)品智能化 ;

( 2) 它屬于隔爆型儀表 , 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(huán)境下使用 ,滿足充裝站現(xiàn)場的防爆要求 ;

( 3) 它采用 R S - 485通信接口與上位機通信 ,并具備兩個通訊口 ,實現(xiàn)通訊口冗余 ,當通訊出現(xiàn)故障時 ,系統(tǒng)會自動切換到備用通訊線路 ,以實現(xiàn)連續(xù)檢測 ,并會在上位機中顯示報警信息提醒操作人員 ;

( 4) 控制器的面板按鍵采用霍爾無觸點開關(guān) ,安全耐用 ,可設(shè)置各種裝車方式、參數(shù)及通信速率 ,參數(shù)設(shè)定范圍寬度 ;

( 5) 適用于各種脈沖型流量信號 , 并可以體積流量進行溫度補償 ,提高了定量精度 ;

( 6) 可以控制八個執(zhí)行機構(gòu) , 執(zhí)行機構(gòu)控制的動作順序可編程 ,承載電流可以達到 1 A ;

( 7) 可設(shè)置關(guān)閉裝車控制閥提前量 ,提高了定量裝車控制精度 ,防止了管路的 “水擊 ”現(xiàn)象 ;

( 8) 批量控制器可以記錄多達 6 000條作業(yè)數(shù)據(jù) ,并具備斷電數(shù)據(jù)保持功能 。當操作站出現(xiàn)故障時 ,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)記錄在批量控制器中,操作站修復(fù)后可以把業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)讀回 ,保證了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整性 。

4. 2 定量裝車控制系統(tǒng)精確度

( 1) 對所采用的渦輪流量計 ( 脈沖信號輸出 ) 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) 系統(tǒng)充裝控制精度可達到 ±0. 5%。

4. 3 定量裝車控制系統(tǒng)的功能特點

( 1) 采用微處理器 ,小型化 、智能化 ;

( 2) 可實現(xiàn)遠程 、現(xiàn)場兩項監(jiān)視 、控制的要求 ;

( 3) 自動溫度補償 ,現(xiàn)場設(shè)置參數(shù) ,實現(xiàn)裝車過程質(zhì)量計量 ,提高了充裝系統(tǒng)精度 ;

( 4) 批量控制器可控制四組閥門和泵 , 動作順序可編程 ;

( 5) 控制室和現(xiàn)場均能顯示即時充裝值 、靜電接地狀態(tài)、充裝介質(zhì)溫度 、故障狀態(tài)等信息 ;

( 6) 現(xiàn)場設(shè)備 、通訊和儀表光電隔離 ,做到隔離防爆和防浪涌電流設(shè)計,做到控制系統(tǒng)和現(xiàn)場安全可靠;

( 7) 具有防靜電接地控制聯(lián)鎖功能 ,提高了產(chǎn)品充裝過程的安全性 。

5 結(jié) 論

天然氣處理廠輕烴產(chǎn)品充裝站采用定量裝車自動控制系統(tǒng)改造建成投用后 ,在近兩年的運行中 ,該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠 、裝車精度高 ,克服了原充裝系統(tǒng)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(xiàn)了充裝站安全平穩(wěn)運行的目的 ,提高了該廠的經(jīng)濟效益和安全效益 。

 

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