水上加油站測(cè)量和加油系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

于全虎

(江蘇省船舶設(shè)計(jì)研究所有限公司，江蘇鎮(zhèn)江212003)

0 引言

江蘇省是長(zhǎng)江三角洲最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，毗鄰上海，擁有南京以下長(zhǎng)江黃金岸線。南北向的京杭運(yùn)河與東西向的長(zhǎng)江構(gòu)成我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)“十”字型黃金水道。內(nèi)河運(yùn)輸具有運(yùn)量大、占地能耗低、對(duì)環(huán)境破壞小、污染少的特點(diǎn)，屬于綠色運(yùn)輸。發(fā)展內(nèi)河運(yùn)輸符合國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，符合建設(shè)和諧社會(huì)、節(jié)約型社會(huì)的要求。江蘇是資源消耗大省，江蘇經(jīng)濟(jì)兩頭在外，原材料和能源完全依賴外部供應(yīng)，工業(yè)制成品大部分需要銷往其他省份或出口，發(fā)展內(nèi)河航運(yùn)在江蘇經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有特殊的戰(zhàn)略意義。

水路運(yùn)輸量的快速增長(zhǎng)，使得船舶加油量也隨之迅猛增加，作為國(guó)內(nèi)油品零售龍頭企業(yè)的中國(guó)石油化工集團(tuán)公司、中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司等企業(yè)也加快了在運(yùn)河及長(zhǎng)江中建設(shè)水上加油站的步伐。從上游南京到入海口南通共約250 n mile跨度，僅中石化沿江7家分公司就已經(jīng)擁有16座加油站26條躉船。由于水上加油補(bǔ)給作業(yè)的特殊性和復(fù)雜性，加油躉船的油品進(jìn)、銷、存管理一直是粗放型、機(jī)動(dòng)型的。隨著水上船只的油品需求量不斷增加，如何精細(xì)化地管理油品，減少損耗，減少人為因素的干擾，精確計(jì)量庫(kù)存，提高售油精度，以便最大限度地優(yōu)化配送成為當(dāng)前水上加油站建設(shè)的核心問題。

1 水上加油站測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

水上加油站油艙的液位測(cè)量系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)精確掌握庫(kù)存油量，加強(qiáng)油品管理，降低人為因素干擾的重點(diǎn)。下面就傳統(tǒng)的浮球式液位測(cè)量系統(tǒng)和新型磁致伸縮探棒測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。

1．1 浮球式液位測(cè)量系統(tǒng)

船舶普通液艙的液位測(cè)量大多使用浮球式液位計(jì)，它利用干簧受磁性吸合的原理，將液面位置的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的變化，并可通過顯示儀用數(shù)字顯示液體的實(shí)際位置，從而達(dá)到液面的遠(yuǎn)距離檢測(cè)和控制。液位計(jì)還可按需要增加Pt100溫度傳感器或溫度開關(guān)，以達(dá)到液位與溫度同時(shí)測(cè)量或控制的目的。測(cè)量的精度可滿足一般液艙液位控制的需要，但是不能直觀地顯示油品的體積、溫度補(bǔ)償后的體積和水位高度，報(bào)警功能較為單一。對(duì)于水上加油站的油艙測(cè)量要求，精度和功能還有待進(jìn)一步提高和完善。浮球式液位計(jì)示意圖如圖1所示。

圖1 浮球式液位計(jì)示意圖

1．2 磁致伸縮探棒測(cè)量系統(tǒng)

磁致伸縮探棒是根據(jù)磁致伸縮的原理設(shè)計(jì)制造的，由密封的金屬磁致伸縮探測(cè)桿，測(cè)量及數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)碾娮宇^和特制非金屬浮子等3部分構(gòu)成。其基本原理是電子頭發(fā)射1束電子脈沖，在探測(cè)桿上產(chǎn)生1個(gè)環(huán)形電磁場(chǎng);探測(cè)桿上套有1個(gè)隨油品液位上下移動(dòng)的浮子和1個(gè)隨油水分界面上下移動(dòng)的浮子，這2個(gè)浮子均帶有圓形的固定磁鐵，各自產(chǎn)生1個(gè)固定磁場(chǎng)。當(dāng)固定磁場(chǎng)與環(huán)形電子磁場(chǎng)相遇時(shí)，在磁場(chǎng)力作用下，實(shí)時(shí)產(chǎn)生波導(dǎo)扭曲脈沖，該脈沖通過磁感線由探棒底端的接收器所接收，接收器再將這個(gè)扭曲點(diǎn)到接收器的時(shí)間轉(zhuǎn)換為液位的高度，該高度又轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，傳給控制臺(tái)作進(jìn)一步處理。探測(cè)桿內(nèi)部裝有熱敏電阻，經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器完成油艙內(nèi)液體在液面以下的平均溫度的測(cè)量。

磁致伸縮探棒和控制臺(tái)構(gòu)成一個(gè)完整的多功能測(cè)量系統(tǒng)，控制臺(tái)里固化軟件能夠顯示油品的體積、高度、溫度、溫度補(bǔ)償后的體積、水位高度以及各類報(bào)警等功能。磁致伸縮探棒產(chǎn)生的測(cè)量信息，可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂剖覂?nèi)部安裝的控制臺(tái)上，由控制臺(tái)對(duì)收集到的各貨油艙的信息進(jìn)行分析處理，在屏幕上顯示實(shí)時(shí)的油品高度、水位高度和溫度信息。由于水上加油站所處的特殊工作環(huán)境，艙內(nèi)油品液面一直處于波動(dòng)狀態(tài)，解決方法是針對(duì)特殊環(huán)境，使用專門的數(shù)據(jù)濾波軟件，實(shí)時(shí)采集液位儀給出的液面信息，通過軟件算法的處理，消除江水波動(dòng)所引起的艙內(nèi)油品液面的變化，最終得到穩(wěn)定準(zhǔn)確的液面信息和艙內(nèi)存油的體積信息，并可實(shí)現(xiàn)站級(jí)數(shù)據(jù)的快速存儲(chǔ)，可隨時(shí)調(diào)閱前期任意時(shí)段的庫(kù)存信息。

目前，國(guó)內(nèi)油品零售企業(yè)出于精確化管理的需要，都在加大信息化建設(shè)的力度，磁致伸縮探棒測(cè)量系統(tǒng)的液位數(shù)據(jù)在經(jīng)過濾波軟件處理后，自動(dòng)送到管控電腦數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集。并通過管控電腦的網(wǎng)絡(luò)連接，將液位儀數(shù)據(jù)上傳到公司級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)了液位儀數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和查看，滿足了信息化管理要求的數(shù)據(jù)集成和上傳，實(shí)現(xiàn)了庫(kù)存管理的自動(dòng)化和實(shí)時(shí)化。

以VEEDER-ROOT為中國(guó)市場(chǎng)研發(fā)的經(jīng)濟(jì)型液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)TLS50為例，水上加油站實(shí)際運(yùn)行后，液位儀測(cè)量數(shù)據(jù)和手工檢尺數(shù)據(jù)在±1 mm左右，最大偏差為3 mm，證明液位儀可以在實(shí)際使用中替代人工檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)測(cè)量的自動(dòng)化。

2 水上加油站加油系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

目前水上加油站加油系統(tǒng)大致可分為三種形式，下面就這3種形式的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析。

2．1 完全人工控制加油系統(tǒng)

該類型加油系統(tǒng)采用完全人工控制油泵的啟停，僅依靠齒輪式流量計(jì)測(cè)算累計(jì)流量，經(jīng)人工計(jì)算出當(dāng)次加油的數(shù)量。這種加油方式現(xiàn)在已經(jīng)較少使用，僅在一些船齡較長(zhǎng)的水上加油站上使用。其計(jì)量精度很差，完全依靠加油工人的熟練程度來(lái)控制加油的誤差，累積誤差很大，且不符合國(guó)家關(guān)于售油量精度控制的要求，容易造成售油企業(yè)和購(gòu)油船舶的油料損失。這種加油系統(tǒng)的唯一優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)建造成本較低，但是加油過程中油料的誤差損失將很快抵消掉建造成本的節(jié)省。

2．2 微機(jī)發(fā)油控制器控制加油系統(tǒng)

該系統(tǒng)的核心部分為微機(jī)發(fā)油控制器，主要由操作編碼器與主機(jī)單元及顯示單元3部分構(gòu)成。采用IC卡和聯(lián)網(wǎng)管理，可大大簡(jiǎn)化發(fā)油操作，提高發(fā)油效率和精度，同時(shí)使油庫(kù)的效益得到提高，并可隨時(shí)查詢各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)管理。微機(jī)發(fā)油控制器采取集散控制設(shè)計(jì)思想，配備計(jì)算機(jī)后，可將加油站內(nèi)的所有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)、匯總、自動(dòng)生成各種報(bào)表。通過接受出油管路上裝設(shè)的溫度傳感器發(fā)回的油料溫度數(shù)據(jù)，可采用人工置溫或自動(dòng)采溫2種方式進(jìn)行溫度補(bǔ)償。微機(jī)發(fā)油控制器通過控制油泵的啟停和電液閥的開閉，實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制發(fā)油(體積或重量流量)，其精度滿足國(guó)標(biāo)要求。

需要指出的是該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)微機(jī)指令對(duì)供油量的精度控制，必須使用專門的電液閥。專門的電液閥結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。這種類型的電液閥為組合式閥組，通過微機(jī)給電液閥上的電磁閥發(fā)出一組脈沖開關(guān)信號(hào)，改變整個(gè)閥套內(nèi)容積量的大小，便能實(shí)現(xiàn)主閥開啟度的大小，達(dá)到慢開、慢關(guān)及恒流的目的。主閥上還設(shè)有2只調(diào)節(jié)球閥作為主閥的響應(yīng)閥，可根據(jù)介質(zhì)的粘度和壓力預(yù)先調(diào)整2只球閥的開啟度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主閥的開閉時(shí)間進(jìn)行微調(diào)。

2．3 成套稅控電腦加油機(jī)系統(tǒng)

成套稅控電腦加油機(jī)系統(tǒng)使用陸用成套稅控電腦加油機(jī)，這類產(chǎn)品目前在陸上加油站使用廣泛，技術(shù)上非常成熟可靠。其采用大流量加油槍與油泵聯(lián)動(dòng)電腦控制的方式，安裝和使用都很方便，并且與石油公司的陸上加油站聯(lián)網(wǎng)方便，工作人員無(wú)需再次培訓(xùn)就可熟練操作，后期的維修保養(yǎng)也由于裝備數(shù)量大的效應(yīng)而較低。

這種加油系統(tǒng)又分為正壓和負(fù)壓輸油技術(shù)，其區(qū)別在于輸油泵是采用潛油泵還是自吸式油泵，表1中列出了2種輸油技術(shù)的性能參照表。從表中的對(duì)比分析可以看出，正壓輸油技術(shù)具有綜合優(yōu)勢(shì)，漸漸被越來(lái)越多的加油站采用，目前僅 VEEDERROOT的正壓輸油技術(shù)在國(guó)內(nèi)2000座加油站投入了使用。

采用正壓輸油技術(shù)的成套稅控電腦加油機(jī)系統(tǒng)無(wú)論從功能性、維護(hù)的方便性、營(yíng)運(yùn)的成本控制，還是與陸上加油站發(fā)展方向的統(tǒng)一性以及聯(lián)網(wǎng)工作的協(xié)調(diào)性等，都具有一定的優(yōu)勢(shì)，只是初投資的成本較高。但出于對(duì)水上加油站的科學(xué)管理和降低營(yíng)運(yùn)成本的考慮，越來(lái)越多的油品零售企業(yè)開始接受這一方案。

3 結(jié)語(yǔ)

本文就水上加油站的2個(gè)核心系統(tǒng)進(jìn)行了初步分析和討論，采用先進(jìn)測(cè)量和售油系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)陸上、水上加油站點(diǎn)統(tǒng)一管理，減耗增效，增強(qiáng)信息化和精確定量管理的必然要求。

表1 正壓和負(fù)壓輸油技術(shù)用于水上加油站的性能參照表