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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(xì)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(shí)間較早 ,受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制 ,充裝系統(tǒng)均采用閘閥 、腰輪流量計(jì) ( 無信號(hào)遠(yuǎn)傳功能 ) 、靜電接地檢測(cè)報(bào)警儀 ( 無信號(hào)輸出功能 ) 等組成 , 裝車過程都是靠操作人員現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和手動(dòng)操作完成的。近年來 , 隨著生產(chǎn)裝置規(guī)模的擴(kuò)大和 《承壓汽車罐車充裝站專項(xiàng)整治標(biāo)準(zhǔn)》的出臺(tái) ,如何快速、高效 、安全地完成裝車 , 降低裝車人員的勞動(dòng)強(qiáng)度 、提高企業(yè)自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)就是將儀表自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(jī)結(jié)合起來 ,實(shí)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(dòng)強(qiáng)度 ,為企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程自動(dòng)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(shí)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(jī)操作系統(tǒng)、C D 2010多功能批量控制器 、流量計(jì) 、測(cè)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(chǎng)經(jīng)驗(yàn) , 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(chǎng)儀表和設(shè)備連接 ,如流量計(jì) 、溫度計(jì) 、液位開關(guān) 、接地開關(guān) 、控制閥 ,以及其他一些標(biāo)準(zhǔn)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,滿足各種裝車控制應(yīng)用需求 。同時(shí) ,它還具備標(biāo)準(zhǔn)的 R S 485通訊接口 , 可以與操作計(jì)算機(jī)連接 、通訊 ,構(gòu)成一個(gè)完整的“分散控制 、集中管理 ”定量控制系統(tǒng) ,是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備 。

2. 3 浪涌保護(hù)設(shè)備

為了防止室外的雷電波入侵對(duì)中控室設(shè)備造成損壞和中控室電源浪涌電流對(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(hù)器和 R S485通訊浪涌保護(hù)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(yùn)行 。

2. 4 流量計(jì)的選用

根據(jù)充裝介質(zhì)和充裝精度的要求 , 流量計(jì)擬采用容積式流量計(jì) 、渦輪流量計(jì) 、渦街流量計(jì) 、質(zhì)量流量計(jì) 。但容積式流量計(jì)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(hù)工作量大等缺點(diǎn) ; 渦街流量計(jì)安裝要求空間較大,受到了現(xiàn)場(chǎng)條件的限制 。科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種較先進(jìn)的流量計(jì) ,能直接測(cè)出物料質(zhì)量流量 ,精度高 ,但其價(jià)格十分昂貴。

因此改造中采用了 L C 公司的渦輪流量計(jì) , 它具有重復(fù)性好 、無零點(diǎn)漂移 、抗干擾能力好 、范圍度寬 、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn) ,廣泛地應(yīng)用于石油 、有機(jī)液體 、無機(jī)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(yùn)動(dòng)的液動(dòng)閥 ,在控制器的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié),達(dá)到恒流目的 , 并具有多級(jí)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(jià)格低 、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)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(dāng)充裝丙烷、丁烷 、液化氣時(shí) ( 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(yàn)還不夠成熟 ,而進(jìn)口閥的價(jià)格又十分昂貴 ,因此選擇了氣動(dòng)兩段控制閥 。氣動(dòng)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(gè)輔助活塞移動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)來實(shí)現(xiàn) ,這種執(zhí)行機(jī)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(chǎng)工作狀態(tài)顯示、聲光報(bào)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(hào) 。同時(shí) ,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(shí)能及時(shí)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(hào)檢測(cè)、溫度校正 、定量輸入設(shè)置 、閥門自動(dòng)控制 、聯(lián)鎖控制 、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)實(shí)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(jìn)入充裝站時(shí) , 先在控制室進(jìn)行業(yè)務(wù)確認(rèn) ?？刂剖业牟僮魅藛T在操作站計(jì)算機(jī)上輸入用戶名 、車號(hào)、裝車量 、鶴位號(hào) 、物料名稱等參數(shù) 。

司機(jī)得到一張標(biāo)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(chǎng)操作人員將裝車單的流水號(hào)輸入批量控制器 ,批量控制器上就會(huì)自動(dòng)顯示出本次裝車量 ( 車輛不必按過磅順序進(jìn)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(chǎng)接好裝車鶴管 ,接好防靜電接地夾 ,在現(xiàn)場(chǎng)滿足裝車條件的情況下 ,按現(xiàn)場(chǎng)批量控制器的 “啟動(dòng) ”按鈕 ,批量控制器就會(huì)打開裝車控制閥進(jìn)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(jì)算機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)批量控制器的“急停 ”鍵來完成。待現(xiàn)場(chǎng)條件滿足裝車條件后繼續(xù)裝車 ,完成全部工作 。在整個(gè)裝車過程中 ,用戶和操作人員都可以通過現(xiàn)場(chǎng)的顯示窗口看到本裝車位的物料名稱和當(dāng)前設(shè)置量及實(shí)際裝車量等參數(shù)。

( 1) 系統(tǒng)提供了遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)兩種控制流程 。遠(yuǎn)程方式時(shí) ,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(hào) ,系統(tǒng)經(jīng)核對(duì)后自動(dòng)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(dòng) ”按鈕即可 ; 現(xiàn)場(chǎng)方式時(shí) ,操作人員在批量控制器上直接輸入定量值 ,并按下 “啟動(dòng) ”按鈕即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品充裝 。

( 2) 靜電接地控制器與批量控制器進(jìn)行聯(lián)鎖 ,當(dāng)所測(cè)靜電接地電阻不大于 100 Ψ時(shí) , 靜電接地控制器發(fā)出報(bào)警并傳送至批量控制器 ,會(huì)操作裝車控制閥關(guān)閉 ,并在上位和現(xiàn)場(chǎng)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(jì)只能檢測(cè)體積流量 ,為了達(dá)到《承壓汽車罐車充裝站專項(xiàng)整治標(biāo)準(zhǔn) 》中對(duì)質(zhì)量流量的計(jì)量 , 采用了管線上安裝熱電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償[ 1]。

流量計(jì)脈沖信號(hào)先經(jīng)比較器后送計(jì)數(shù)口 , 由程序讀入 、累計(jì)并進(jìn)行單位換算 :

Q=K · C

式中 : Q —— 流量 ; C —— 流量計(jì)脈沖計(jì)數(shù)累計(jì)值 ;K —— 流量系數(shù) ( 脈沖數(shù) /升 ) 。

熱電阻測(cè)量產(chǎn)品介質(zhì)溫度 , 作為流量的實(shí)時(shí)溫度補(bǔ)償 , 將實(shí)測(cè)溫度為 t 時(shí)的體積流量換算成 20 ℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)體積流量 :

Q 20 =Q t [ 1—r ( t — 20) ]

式中 : Q20 — — — 20 ℃ 時(shí)流量 ; Q t — —— t 時(shí)實(shí)測(cè)流量 ;t — — — 實(shí)際工作狀態(tài)下介質(zhì)溫度 ; r — —— 介質(zhì)體積膨脹系數(shù) 。

補(bǔ)償運(yùn)算是取很短時(shí)間段Δt 內(nèi)的累計(jì)流量Δqt ,算出此段時(shí)間內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體積流量Δq 20 , 總的體積流量 就 是 各 段 時(shí) 間 內(nèi) Δq20 的 積 分 , 即 Q 20=∑ Δq20 。

按質(zhì)量計(jì)算時(shí) ,介質(zhì)的質(zhì)量流量 :

M=Q 20 d20

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

4 定量裝車控制系統(tǒng)的主要功能及特點(diǎn)

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?xì)怏w或易燃液體蒸氣的爆炸等級(jí) Ⅱ類 B 級(jí) 、自燃溫度 T 6 組別的環(huán)境下使用 ,滿足充裝站現(xiàn)場(chǎng)的防爆要求 ;

( 3) 它采用 R S - 485通信接口與上位機(jī)通信 ,并具備兩個(gè)通訊口 ,實(shí)現(xiàn)通訊口冗余 ,當(dāng)通訊出現(xiàn)故障時(shí) ,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到備用通訊線路 ,以實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè) ,并會(huì)在上位機(jī)中顯示報(bào)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(diǎn)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(hào) , 并可以體積流量進(jìn)行溫度補(bǔ)償 ,提高了定量精度 ;

( 6) 可以控制八個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu) , 執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制的動(dòng)作順序可編程 ,承載電流可以達(dá)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(dá) 6 000條作業(yè)數(shù)據(jù) ,并具備斷電數(shù)據(jù)保持功能 。當(dāng)操作站出現(xiàn)故障時(shí) ,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(duì)所采用的渦輪流量計(jì) ( 脈沖信號(hào)輸出 ) 采集誤差為 ± ( 0. 1%F S+ 1個(gè)字 ) 。

( 2) 對(duì)熱電阻溫度計(jì)的采集誤差為 ±1 ℃。

( 3) 系統(tǒng)充裝控制精度可達(dá)到 ±0. 5%。

4. 3 定量裝車控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn)

( 1) 采用微處理器 ,小型化 、智能化 ;

( 2) 可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 、現(xiàn)場(chǎng)兩項(xiàng)監(jiān)視 、控制的要求 ;

( 3) 自動(dòng)溫度補(bǔ)償 ,現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置參數(shù) ,實(shí)現(xiàn)裝車過程質(zhì)量計(jì)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(dòng)作順序可編程 ;

( 5) 控制室和現(xiàn)場(chǎng)均能顯示即時(shí)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(chǎng)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(jì),做到控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)控制系統(tǒng)改造建成投用后 ,在近兩年的運(yùn)行中 ,該系統(tǒng)運(yùn)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(dòng)強(qiáng)度 ,提升了充裝站的安全管理水平 ,實(shí)現(xiàn)了充裝站安全平穩(wěn)運(yùn)行的目的 ,提高了該廠的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益 。

 

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