液化石油气自动装车控制系统应用.pdf

过程控制 石 油 化 工 自 动 化 ，2 0 0 8 ，4 3 7 AU T0M AT1 0N I N P ETRO CHEM I CAL I NDU S TRY 液化石油气 自动装车控制系统应用 范剑 萍 ， 季 建华 上海恩德斯豪斯 自动化设备有 限公 司 ， 上海2 0 0 2 3 3 摘要 介绍了液化石油气自动装车的主要方式， 对以质量流量计为计量方式的自动装车控制系统作了详细的论述 ， 其中 包括工艺流程、 系统组成 、 关键 问题的探讨 。最后阐明 了其应用的发展前景 。 关 键 词 液化石油气 ； 质量流量计 ； 批量控制仪 ； 气化 ； 安全流速 ； 变频恒压 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编 号 1 0 0 7 7 3 2 4 2 0 0 8 0 4 0 0 3 7 0 3 Th e Appl i c a t i on o f t he Au t o ma t i c Lo a di n g Co nt r o l S y s t e m f o r Li q ue f i e d Pe t r o l e u m Ga s F a n J i a n p i n g，j i J i a n h u a S h a n g h a i En d r e s s 4 - Ha u s e r Au t o ma t i o n Co ．Lt d ．，S h a n g h a i ，2 0 0 2 3 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t The ma i n me t h o d s f o r a u t o ma t i c l o a d i n g o f l i q u e f i e d p e t r o l e u m g a s a r e i n t r o du c e d ． Th e a u t oma t i c l o a d i ng c o n t r o l s y s t e m wi t h a ma s s f l o wme t e r a s t he me a s ur e me n t me t h o d i s d e s c r i be d i nc l u d i n g p r o c e s s flo ws h e e t ，s y s t e m c o mp o s i t i o n，d i s c u s s i n g a b o u t t h e k e y i s s u e s ．Fi n a l l y t he a p p l i c a t i o n r e s p e c t i s p r e s e n t e d ． Ke y wo r d s l i qu e f i e d pe t r ol e u m g a s； ma s s f l owme t e r； ba t c h c o nt r o l me t e r； ga s i f i c a t i o n； s a f e t y f l o w s pe e d；c ons t a n t pr e s s u r e wi t h va r i a bl e f r e q ue nc y 1 引 言 对于液化石油气 ， 最常用的销售方式是汽车运 输， 但 由于受到很 多不确定 因素影响 ， 这种方式容 易产 生计 量偏差 及 经济犯 罪 。 目前 ， 液 化气 自动 装 车 的计 量 手 段 主 要 有 电 子 汽 车 衡 和 质 量 流 量 计 。 电子 汽车衡 计量 精度 高 ， 可 达 到 0 ． 0 3 。另 外 ， 它 是直接质量法称重 ， 不受气 、 液两相特性 的影 响。 但 是 ， 当业务 量 比较 多 的时候 ， 这 种 方 式会 影 响 车 辆 周转 速度 ， 并且 容易 产生 作弊行 为 。如 果每 个鹤 位 都安 装 电子汽 车 衡 的话 ， 会 造 成投 资大 、 占地 面 积 大 ， 相 比每 个鹤 位 都 安 装 电 子 汽 车衡 ， 质 量 流量 计装车系统具有投资小、 占地面积小 、 维护量小等 特点 ， 其 计量精 度 也可 达 到 0 ． 1 。但 如 果 不对 气 相回流加以计量， 就会影响计量精度。若能妥善地 解决 这一 问题 ， 以质 量流 量计 为计 量方 式 的 自动 装 车控制 系统 还是 有一 定优 势 的 。 2液化 石油气 装车 的工 艺流 程 液化石油气装车的工艺流程比较简单 ， 主要 由 管线 、 泵 、 储罐三部分组成。通过单泵或多泵并联 供液系统的恒压控制 ， 液化石油气经过装车总管输 送到各鹤位。由于在液化石油气装车时槽车气 罐 的气相必须与储罐系统的气相连通 ， 对于自然状态 下为液态的介质 ， 装车时气相 的量可以忽 略不计 ， 但 对 于 自然状 态下 为气态 的液 化石 油气 来说 ， 不 能 忽略装 车 时 的气 相 量 。所 以 ， 每个 鹤位 应 分为 液相 接 管和 气相 接管 两部 分 ， 整个 装 车过程 靠气 液平 衡 来 进 行 。槽 车进 入 鹤 位 后 ， 连 接好 气相 、 液相 管 线 及 静 电接 地夹 ， 启 泵 开 阀 装 车 ， 液 化石 油气 通 过 液 相管道装入槽车， 槽车内排出的气体通过气相管线 返 回储罐 ， 直到装车结束关 闭阀门， 液相质量流量 计测得的量减去气相质量 流量计测得 的量才是实 际 装车量 。图 1为 典 型 的 液化 石 油 气 装 车 工 艺 流 程 图 ， 其 主要 由质 量 流量 计 、 阀 门 、 泵 、 差 压 开 关 和 防静 电接地 夹组 成 。 图 1 液化 石 油 气装 车工 艺流程 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 2 5 修改稿 。 作者简介 范剑萍， 男 ， 目前就 职 于上 海恩德斯 豪斯 自动 化设 备有限公司工程支持部 ， 任项 目工程师 。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油化工 自动化 3 液 化石 油气 自动 装车控 制 系统 的组成及 功 能 自动化装车系统将计算机控制技术、 网络通讯 技术及仪表 自动化技术有机地结合在一起， 实现了 定量装车控制、 安全保障、 操作管理、 销售管理等功 能 。图 2为典型的 自动装车控制系统组成框 图。 为了保证整个系统的可靠性 ， 现场级与控制级之间 选用标准接 口 R S一 4 8 5进行信号采集传输。计算 机管理系统通过与批量控制仪的数据传输 ， 可以实 现信号检测、 定量设置 、 远程启停 、 禁止本地、 联锁 控制 、 报 表打 印 、 财 务结算 等 功能 。 图 2 典型 的 自动装 车控 制 系统组 成 批量控制仪是整个液化石油气 自动装车控制 系统 的核 心 ， 其 组 成 包 括 微 处 理 控 制 器 、 E P R OM 和随机存储器 、 与现场各仪表连接的接 口电路、 键 盘 、 显 示器 以及 与计 算机 通信 的接 口。它 具有功 耗 小、 性能稳定 、 抗 干扰能力强 、 运行可靠等优点， 可 以和 质量 流量计 、 温度 计 、 防爆 隔离 组件 、 控 制 阀等 配套， 对装车过程中的流量累加 、 温度补偿 ， 并进行 程序控制、 定量控制、 速度控制、 接地联锁控制。其 中防爆隔离组件为实现 防爆场所仪表正常工作和 信号安全传输提供 了安全保障。 4 液化 石油 气 自动装 车控 制 系统 的关 键 问题 4 ． 1 控制方 式 4 ． 1 ． 1 远程操作 批量控制仪的所有参数设置都 由计算机管理 ， 装车信息随时传输 给计算机 ， 实现分散控制 、 集 中 管理 。当槽车停到相应鹤位后 ， 操作员检查相关流 程 ， 一切就绪后计算机发 出启动信号 ， 阀f 1自动打 开装车开始 。计算机实时采集液相 、 气相质量流量 计的脉冲累积量 ， 并计算气液两相的差量。当差量 与预装量相差大提前量时， 阀f 1自动关闭一小段 ， 当相差小提前量时， 阀门分段全关装车结束 。 4 ． 1 ． 2 本 地操 作 当计算机控制系统发生故障时， 操作员可以在 现场手动操作批量控制仪 。所有 的参数设置和装 车操 作都通 过 仪表 面板上 的按 钮进 行 ， 在显示 屏上 可监视 状态 和参 数 。 4 ． 2 液相 和气 相 的控 制 当管道 内出现气化 状态时 ， 流量计将 产生误 差 ， 误差 的大小 随气化程度 而异 。装 车刚开始时 ， 由于空车残压可能很低 ， 当刚刚打开装车控制阀的 时候 ， 如 果 阀门 开得 过 大 ， 流 经 流 量 计 的 液化 气 可 能气化 ， 这时流量计将产生大的误差 ； 因此 ， 开始装 车 时 ， 阀 门给 出一个 小 开度 ， 随着 液化 气进 入空 车 ， 车内压力逐渐升高， 阀门再逐渐开大 ， 同时保持一 定 的安全流速 ， 防止气化现象的发生。 根据此工 艺条件 ， 为了达到装 车过程控 制快 速 、 安 全 、 可靠 的 目标 ， 装 车 刚开始 时批 量控 制 器控 制液相阀门到 2 0 可在线设置 开度 ， 当槽 车 内 压 力 达到设 定 压 力 时液 相 控 制 阀 门逐 渐 打 开 。 同 时装车过程 中为了确保管线 内物料 流速为安全流 速 可在线设置 ， 当阀门打开过程 中流速达到安全 流速时批量控制器 自动保持管线流速为安全流速。 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 范剑萍等． 液化石 油气 自动装 车控 制系统应用 最 高安 全流 速一 般 是指 管线 全 速 装 载 时 的 最 大 流 速 ， 该值 可 由相关 规范 得 出 。 为 了控 制 气 相 和 精 确 计 量 气 相 回 流量 ， 建 议 回流管线上安装止 回阀， 控制阀使用 两位式控制 阀 ， 安装 差 压 开 关 用 于 检 测 槽 车 压 力 ， 开 始 装 车 后 批 量控 制 器 通 过 差 压 开 关 来 检 测 槽 车 气 相 压 力 是 否 大于 储 罐 压 力 作 为 打 开 气 相 阀 门 的条 件 ， 如 果 大 于 的话 才 打 开 气 相 控 制 阀 。为 了 防 止 其 他 槽 车装 车时气 相 压 力 变 化 造 成 的气 相 倒 灌 ， 建 议 将止 回 阀 安 装 在 气 相 总 管 到 装 车 鹤 位 气 相 流 量 计之 间 。 4 ． 3控 制 阀的工 作 曲线 液化石 油 气一般 使 用液 下装 车工 艺 ， 启 动装 车 的 开始 阶段 ， 油品从 鹤 管 管道 流 出接 触 空 气 ， 如 流 速太 大会 因摩擦 产 生 静 电 ， 引起 火 花 和 灾 难 ， 需 要 以小 流量 开始装 车 ， 到 物料 淹 没 管 道 出 口 ， 避 免 了 物料出口与空气 的摩擦 ， 可 以改用大流量 ， 以提高 装 车速 度 。如 图 3所 示 ， 控制 阀开 度在 装车 过程 的 不 同阶段 进 行变 化 。当启 动装 车后 ， 控 制 阀小 开 度 工 作 ； 在 实装 量 到达 启 动 延 时 量 的 这 个 阶段 中 ， 可 以按照数 量进 行分 段 按照 启动 分段 数来 决定 分几 段 ， 图 3中启 动就是 按 照 3段进 行 的 ， 在实装 量 到 达启动延时量后 ， 阀门保持全开， 并且在装 车过程 中一直保持 ， 装车过程中出现急停情况或者联锁报 警 ， 装 车停 止并 且 关 闭 阀门 ； 在 实 装 量 与定 量 的差 小 于大提 前量 时 ， 阀 门 开度 逐 段 减 小 ， 并 保 证 在 到 达 小提前 量最后 一 个 阶段 中阀 门被关 到较小 ； 阀 门 完全关 闭 。 阀门 开度 启动 启动阶段 大提 小提 时间 结 束 前量 前量 图 3 开 关 阀的工作 曲线 4． 4变频恒 压控 制 液 化石 油气 装 车 是 一个 间歇 的控 制 过 程 。如 果 问 歇 长 不 停 泵 ， 则 容 易 出 现 憋 泵 、 耗 能 等 状 况 。 如果频繁启停泵 ， 则会减少 电机寿命 ， 压力 的频繁 变化对计量精度也会产生影响。因此 ， 装车系统应 该采 用变频 器恒 压 控 制 ， 变 频 器 、 电机 和泵 是其 主 要组 成 部分 。变频 控 制 柜 通 过 对 变频 泵 的变 频 调 节 ， 切换 、 启停其余并联工频泵， 使泵的出口压力保 持在 设 定值 上 ， 以达 到 恒 压供 液 化 石 油 气 的 目的 ， 从而提高计量准确性 、 避免水击现象 、 节省电耗 。 4 ． 5防静 电 为 了避免 装 车过 程 中液化 石 油 气 与 空气 摩 擦 产 生静 电累积 引起危 险 事故 ， 必须 保证 槽 车有 良好 的接 地 系统 。防静 电接地 夹 可 以泄 放 槽 车上 积 聚 的静 电荷， 并检测其接地 电阻 ， 为装 车控制系统提 供防静电联锁依据。一般来说 ， 对于液化石油气槽 车 的接地 ， 有 如下 要求 。 a 槽 车装 气盖及鹤 管等 活动部 分应接 地 ， 装 车 开始前 ， 必须 将专用 接地线夹在 槽车 的指定 位 置上 。 接地线 的安 装应 在 槽车 开 盖前 ， 接地 线 的拆 除应在 装 车结束后 ， 并经过 规定时 间静 置之后才 可进行 。 b 当鹤管 为 非 金 属 软 管 时 ， 应 使 用 导 电耐 油 橡胶管。如使用普通耐油橡胶管， 应在其表面外皮 上缠绕直径不小于 2 mm 的软铜线与管头和管路 相 连 ， 通 过 管路 接地 。 c 液 化石 油气 槽 车应尽 量 使 用导 电性材 料 的 轮 胎 ， 以利 于接 地 。同 时 ， 在 车体 上 必 须装 有 电阻 值 在 1 4 0 2 0 0 Q之 间 的导 电拖 带 。 d 各种类型 的接地装 置与车体 连接 时， 连接 的位置应在车站的侧面或后部 ， 应远离物料的装入 口、 泄放 口。 4 ． 6选择 合 适 的质量 流量 计 质量流量计 的测量精度会影响贸易计量的金 融 结算 。选 择 质量 流 量 计 的关 键 在 于 准 确计 算 管 道 流量 范 围 ， 不 同 的流 量 范 围对 应 了不 同 的 口径 。 另 外 ， 零 点 稳定 性要 好 。 5 结 束语 无 论对 企业 还是 用户 ， 以质量 流量 计为 计量 方 式 的液 化石 油气 自动 装 车 控 制 系统 不 仅 能 快 速 高 效地 完成 装 车 、 降低 人 工 成 本 、 杜 绝 人 为 作 弊 的 可 能 ， 而且还提高了安全可靠性及企业管理水平 ， 这 种方 式 的 自动 装 车 控 制 系 统 必 将 有 广 阔 的 发 展 前景 。 参考 文献 1 王娜 ， 穆海 ， 倪承德． 液化 气 自动装 车计量 控制 系统． 石 油化工 自动化 ， 2 0 0 5 ， 3 3 3 ～3 5 2 孙德利．火车 自动 装 车 控 制 系统 的设 计． 石 油 化 工 自动 化 ， 2 0 0 8， 2 7 4～ 7 5 3 李萍 ， 定 量装 车 控制 系统在 工 程 中 的应 用， 化 工设 计 ， 2 0 0 8， 】 8 3 6～ 3 8 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m