1 引 言

中原油田天然气处理厂是专门从事天然气深加工处理和轻烃精细化工产品生产的大型现代化石化企业 ,管理着两套大型油田伴生气处理装置和三套轻烃深加工装置 。该厂下属的轻烃产品充装站主要充装丙烷 、丁烷、液化气 、戊烷等产品 。

由于这些充装站建设时间较早 ,受当时技术条件的限制 ,充装系统均采用闸阀 、腰轮流量计 ( 无信号远传功能 ) 、静电接地检测报警仪 ( 无信号输出功能 ) 等组成 , 装车过程都是靠操作人员现场观测和手动操作完成的。近年来 , 随着生产装置规模的扩大和 《承压汽车罐车充装站专项整治标准》的出台 ,如何快速、高效 、安全地完成装车 , 降低装车人员的劳动强度 、提高企业自动化管理水平就显得日益迫切 。

2 定量装车控制系统

定量装车自动控制系统就是将仪表自动化技术、计算机控制技术 、网络技术 、通讯技术等和传统的装车系统技术有机结合起来 ,实现了轻烃产品充装系统的分散控制和集中管理 ,解决了充装过程中存在的工艺管线 “水击”现象 ,提高了系统的装车精度和效率 ,降低了产品损耗 ,减轻了操作人员的劳动强度 ,为企业实现生产全过程自动化管理奠定了基础 。

该充装站充装系统采用了某公司配套生产的定量装车控制系统 ,投用了近两年时间 ,效果显著 ,应用很成功。

2. 1 定量装车控制系统的组成及设备

该定量装车控制系统主要由上位机操作系统、C D 2010多功能批量控制器 、流量计 、测温仪表 、装车控制阀 、防静电接地控制系统组成 。其系统结构如图 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为核心的新型智能化仪表 。它是以微控制器为核心 ,结合多年的现场经验 , 制成的一款满足石油 、化工企业使用的隔爆型智能化仪表。它可以与各种现场仪表和设备连接 ,如流量计 、温度计 、液位开关 、接地开关 、控制阀 ,以及其他一些标准传感器和执行机构 ,满足各种装车控制应用需求 。同时 ,它还具备标准的 R S 485通讯接口 , 可以与操作计算机连接 、通讯 ,构成一个完整的“分散控制 、集中管理 ”定量控制系统 ,是整个系统的核心设备 。

2. 3 浪涌保护设备

为了防止室外的雷电波入侵对中控室设备造成损坏和中控室电源浪涌电流对现场设备造成损坏 ,该定量装车控制系统采用了24 V直流电源浪涌保护器和 R S485通讯浪涌保护器 , 消除了装车控制系统的安全隐患 ,保证了系统安全可靠地运行 。

2. 4 流量计的选用

根据充装介质和充装精度的要求 , 流量计拟采用容积式流量计 、涡轮流量计 、涡街流量计 、质量流量计 。但容积式流量计存在结构复杂、体积庞大 ,用于液化气等低润滑性液体磨损较快 、维护工作量大等缺点 ; 涡街流量计安装要求空间较大,受到了现场条件的限制 。科里奥利质量流量计是一种较先进的流量计 ,能直接测出物料质量流量 ,精度高 ,但其价格十分昂贵。

因此改造中采用了 L C 公司的涡轮流量计 , 它具有重复性好 、无零点漂移 、抗干扰能力好 、范围度宽 、结构紧凑等优点 ,广泛地应用于石油 、有机液体 、无机液 、液化气 、天然气和低温流体等介质 。

2. 5 装车控制阀的选用

在液态产品装车的过程中 ,如果阀门突然开关 ,很容易出现 “水击 ”现象 ,必须采用装车控制阀来避免该现象。目前 ,液态产品装车系统普遍采用的装车控制阀是先导式控制阀、多段控制阀 。

先导式控制阀是一种由电磁先导阀控制膜片运动的液动阀 ,在控制器的控制下实现自动调节,达到恒流目的 , 并具有多级开闭功能 , 可有效地防止水击 ,特别适用于石油 、化工行业 。国产的先导式控制阀以价格低 、结构简单、控制性能好等优点广泛用于压力较低物料充装系统上 ,戊烷产品充装 ( 充装压力为 0. 6 ～ 0. 8 MP a ) 即采用这种控制阀 。

当充装丙烷、丁烷 、液化气时 ( 充装压力较高为1. 6 ～ 1. 9 MP a ) , 国内先导式控制阀的应用经验还不够成熟 ,而进口阀的价格又十分昂贵 ,因此选择了气动两段控制阀 。气动两段控制阀提供了一种 0°～ 45° ～ 90° 的操作方式,中间位置是可调的 ,由两个辅助活塞移动产生机械制动来实现 ,这种执行机构能够提供 20° 、30° 、50° 、75° 等中间位置。如图 2所示。

2. 6 静电接地控制器的选用

S C P - P A 静电接地控制器主要由控制器 、静电接地夹 、工作状态板 、接地线 、安全隔离器和导线等组成 。该控制器不但提供了现场工作状态显示、声光报警功能 ,而且能通过安全隔离器向批量控制器提供状态信号 。同时 ,这种控制器还具有静电接地夹的自检功能 ,保证静电接地夹出现问题时能及时被发现 。

3 定量装车控制系统工作原理

该定量装车控制系统工作原理是通过流量信号检测、温度校正 、定量输入设置 、阀门自动控制 、联锁控制 、网络通讯等技术实现轻烃产品充装过程的“分散控制 、集中管理”,工作原理如图 3所示 。

承压汽车罐车进入充装站时 , 先在控制室进行业务确认 。控制室的操作人员在操作站计算机上输入用户名 、车号、装车量 、鹤位号 、物料名称等参数 。

司机得到一张标有业务数据的装车单后 , 将罐车驶入装车位 。现场操作人员将装车单的流水号输入批量控制器 ,批量控制器上就会自动显示出本次装车量 ( 车辆不必按过磅顺序进装车位充装 ,可根据装车位空闲状态灵活调整 ,最大限度地提高装车位的利用率 ) 。

操作人员在现场接好装车鹤管 ,接好防静电接地夹 ,在现场满足装车条件的情况下 ,按现场批量控制器的 “启动 ”按钮 ,批量控制器就会打开装车控制阀进行充装。如遇特殊情况需要中途停止装车作业 ,均可通过操作站计算机或现场批量控制器的“急停 ”键来完成。待现场条件满足装车条件后继续装车 ,完成全部工作 。在整个装车过程中 ,用户和操作人员都可以通过现场的显示窗口看到本装车位的物料名称和当前设置量及实际装车量等参数。

( 1) 系统提供了远程和现场两种控制流程 。远程方式时 ,业务数据的设置由操作站控制,操作人员在批量控制器中输入流水号 ,系统经核对后自动下装业务数据,操作人员只需按批量控制器的 “启动 ”按钮即可 ; 现场方式时 ,操作人员在批量控制器上直接输入定量值 ,并按下 “启动 ”按钮即可实现产品充装 。

( 2) 静电接地控制器与批量控制器进行联锁 ,当所测静电接地电阻不大于 100 Ψ时 , 静电接地控制器发出报警并传送至批量控制器 ,会操作装车控制阀关闭 ,并在上位和现场操作界面上显示 ,保证产品充装过程的安全 。

( 3) 涡轮流量计只能检测体积流量 ,为了达到《承压汽车罐车充装站专项整治标准 》中对质量流量的计量 , 采用了管线上安装热电阻进行温度补偿[ 1]。

流量计脉冲信号先经比较器后送计数口 , 由程序读入 、累计并进行单位换算 :

Q=K · C

式中 : Q —— 流量 ; C —— 流量计脉冲计数累计值 ;K —— 流量系数 ( 脉冲数 /升 ) 。

热电阻测量产品介质温度 , 作为流量的实时温度补偿 , 将实测温度为 t 时的体积流量换算成 20 ℃时的标准体积流量 :

Q 20 =Q t [ 1—r ( t — 20) ]

式中 : Q20 — — — 20 ℃ 时流量 ; Q t — —— t 时实测流量 ;t — — — 实际工作状态下介质温度 ; r — —— 介质体积膨胀系数 。

补偿运算是取很短时间段Δt 内的累计流量Δqt ,算出此段时间内标准体积流量Δq 20 , 总的体积流量 就 是 各 段 时 间 内 Δq20 的 积 分 , 即 Q 20=∑ Δq20 。

按质量计算时 ,介质的质量流量 :

M=Q 20 d20

式中 : d20—— 20 ℃时液体密度 , 需由技术人员进行人工设定 。

4 定量装车控制系统的主要功能及特点

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 ,产品智能化 ;

( 2) 它属于隔爆型仪表 , 可以在可燃气体或易燃液体蒸气的爆炸等级 Ⅱ类 B 级 、自燃温度 T 6 组别的环境下使用 ,满足充装站现场的防爆要求 ;

( 3) 它采用 R S - 485通信接口与上位机通信 ,并具备两个通讯口 ,实现通讯口冗余 ,当通讯出现故障时 ,系统会自动切换到备用通讯线路 ,以实现连续检测 ,并会在上位机中显示报警信息提醒操作人员 ;

( 4) 控制器的面板按键采用霍尔无触点开关 ,安全耐用 ,可设置各种装车方式、参数及通信速率 ,参数设定范围宽度 ;

( 5) 适用于各种脉冲型流量信号 , 并可以体积流量进行温度补偿 ,提高了定量精度 ;

( 6) 可以控制八个执行机构 , 执行机构控制的动作顺序可编程 ,承载电流可以达到 1 A ;

( 7) 可设置关闭装车控制阀提前量 ,提高了定量装车控制精度 ,防止了管路的 “水击 ”现象 ;

( 8) 批量控制器可以记录多达 6 000条作业数据 ,并具备断电数据保持功能 。当操作站出现故障时 ,业务数据记录在批量控制器中,操作站修复后可以把业务数据读回 ,保证了业务数据的完整性 。

4. 2 定量装车控制系统精确度

( 1) 对所采用的涡轮流量计 ( 脉冲信号输出 ) 采集误差为 ± ( 0. 1%F S+ 1个字 ) 。

( 2) 对热电阻温度计的采集误差为 ±1 ℃。

( 3) 系统充装控制精度可达到 ±0. 5%。

4. 3 定量装车控制系统的功能特点

( 1) 采用微处理器 ,小型化 、智能化 ;

( 2) 可实现远程 、现场两项监视 、控制的要求 ;

( 3) 自动温度补偿 ,现场设置参数 ,实现装车过程质量计量 ,提高了充装系统精度 ;

( 4) 批量控制器可控制四组阀门和泵 , 动作顺序可编程 ;

( 5) 控制室和现场均能显示即时充装值 、静电接地状态、充装介质温度 、故障状态等信息 ;

( 6) 现场设备 、通讯和仪表光电隔离 ,做到隔离防爆和防浪涌电流设计,做到控制系统和现场安全可靠;

( 7) 具有防静电接地控制联锁功能 ,提高了产品充装过程的安全性 。

5 结 论

天然气处理厂轻烃产品充装站采用定量装车自动控制系统改造建成投用后 ,在近两年的运行中 ,该系统运行稳定可靠 、装车精度高 ,克服了原充装系统装车效率低 、损耗大等弊端 ,避免了因操作人员疏忽可能造成的超装事故 ,降低了操作人员的劳动强度 ,提升了充装站的安全管理水平 ,实现了充装站安全平稳运行的目的 ,提高了该厂的经济效益和安全效益 。

 

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