水上加油站測量和加油系統設計分析

于全虎

(江蘇省船舶設計研究所有限公司，江蘇鎮江212003)

0 引言

江蘇省是長江三角洲最為發達的地區之一，毗鄰上海，擁有南京以下長江黃金岸線。南北向的京杭運河與東西向的長江構成我國長江中下游地區“十”字型黃金水道。內河運輸具有運量大、占地能耗低、對環境破壞小、污染少的特點，屬于綠色運輸。發展內河運輸符合國家的可持續發展戰略，符合建設和諧社會、節約型社會的要求。江蘇是資源消耗大省，江蘇經濟兩頭在外，原材料和能源完全依賴外部供應，工業制成品大部分需要銷往其他省份或出口，發展內河航運在江蘇經濟和社會發展中具有特殊的戰略意義。

水路運輸量的快速增長，使得船舶加油量也隨之迅猛增加，作為國內油品零售龍頭企業的中國石油化工集團公司、中國石油天然氣集團公司等企業也加快了在運河及長江中建設水上加油站的步伐。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家分公司就已經擁有16座加油站26條躉船。由于水上加油補給作業的特殊性和復雜性，加油躉船的油品進、銷、存管理一直是粗放型、機動型的。隨著水上船只的油品需求量不斷增加，如何精細化地管理油品，減少損耗，減少人為因素的干擾，精確計量庫存，提高售油精度，以便最大限度地優化配送成為當前水上加油站建設的核心問題。

1 水上加油站測量系統設計分析

水上加油站油艙的液位測量系統是實現精確掌握庫存油量，加強油品管理，降低人為因素干擾的重點。下面就傳統的浮球式液位測量系統和新型磁致伸縮探棒測量系統進行對比分析。

1．1 浮球式液位測量系統

船舶普通液艙的液位測量大多使用浮球式液位計，它利用干簧受磁性吸合的原理，將液面位置的變化轉變為電信號的變化，并可通過顯示儀用數字顯示液體的實際位置，從而達到液面的遠距離檢測和控制。液位計還可按需要增加Pt100溫度傳感器或溫度開關，以達到液位與溫度同時測量或控制的目的。測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、溫度補償后的體積和水位高度，報警功能較為單一。對于水上加油站的油艙測量要求，精度和功能還有待進一步提高和完善。浮球式液位計示意圖如圖1所示。

圖1 浮球式液位計示意圖

1．2 磁致伸縮探棒測量系統

磁致伸縮探棒是根據磁致伸縮的原理設計制造的，由密封的金屬磁致伸縮探測桿，測量及數據處理與傳輸的電子頭和特制非金屬浮子等3部分構成。其基本原理是電子頭發射1束電子脈沖，在探測桿上產生1個環形電磁場;探測桿上套有1個隨油品液位上下移動的浮子和1個隨油水分界面上下移動的浮子，這2個浮子均帶有圓形的固定磁鐵，各自產生1個固定磁場。當固定磁場與環形電子磁場相遇時，在磁場力作用下，實時產生波導扭曲脈沖，該脈沖通過磁感線由探棒底端的接收器所接收，接收器再將這個扭曲點到接收器的時間轉換為液位的高度，該高度又轉換成相應的數字信號，傳給控制臺作進一步處理。探測桿內部裝有熱敏電阻，經多路轉換器完成油艙內液體在液面以下的平均溫度的測量。

磁致伸縮探棒和控制臺構成一個完整的多功能測量系統，控制臺里固化軟件能夠顯示油品的體積、高度、溫度、溫度補償后的體積、水位高度以及各類報警等功能。磁致伸縮探棒產生的測量信息，可以實時傳輸到控制室內部安裝的控制臺上，由控制臺對收集到的各貨油艙的信息進行分析處理，在屏幕上顯示實時的油品高度、水位高度和溫度信息。由于水上加油站所處的特殊工作環境，艙內油品液面一直處于波動狀態，解決方法是針對特殊環境，使用專門的數據濾波軟件，實時采集液位儀給出的液面信息，通過軟件算法的處理，消除江水波動所引起的艙內油品液面的變化，最終得到穩定準確的液面信息和艙內存油的體積信息，并可實現站級數據的快速存儲，可隨時調閱前期任意時段的庫存信息。

目前，國內油品零售企業出于精確化管理的需要，都在加大信息化建設的力度，磁致伸縮探棒測量系統的液位數據在經過濾波軟件處理后，自動送到管控電腦數據庫，實現了系統數據的自動化采集。并通過管控電腦的網絡連接，將液位儀數據上傳到公司級數據庫中，實現了液位儀數據的遠程監控和查看，滿足了信息化管理要求的數據集成和上傳，實現了庫存管理的自動化和實時化。

以VEEDER-ROOT為中國市場研發的經濟型液位監測系統TLS50為例，水上加油站實際運行后，液位儀測量數據和手工檢尺數據在±1 mm左右，最大偏差為3 mm，證明液位儀可以在實際使用中替代人工檢測，實現數據測量的自動化。

2 水上加油站加油系統設計分析

目前水上加油站加油系統大致可分為三種形式，下面就這3種形式的特點進行對比分析。

2．1 完全人工控制加油系統

該類型加油系統采用完全人工控制油泵的啟停，僅依靠齒輪式流量計測算累計流量，經人工計算出當次加油的數量。這種加油方式現在已經較少使用，僅在一些船齡較長的水上加油站上使用。其計量精度很差，完全依靠加油工人的熟練程度來控制加油的誤差，累積誤差很大，且不符合國家關于售油量精度控制的要求，容易造成售油企業和購油船舶的油料損失。這種加油系統的唯一優點是系統建造成本較低，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省。

2．2 微機發油控制器控制加油系統

該系統的核心部分為微機發油控制器，主要由操作編碼器與主機單元及顯示單元3部分構成。采用IC卡和聯網管理，可大大簡化發油操作，提高發油效率和精度，同時使油庫的效益得到提高，并可隨時查詢各種業務數據，實現計算機管理。微機發油控制器采取集散控制設計思想，配備計算機后，可將加油站內的所有業務數據進行分類、統計、匯總、自動生成各種報表。通過接受出油管路上裝設的溫度傳感器發回的油料溫度數據，可采用人工置溫或自動采溫2種方式進行溫度補償。微機發油控制器通過控制油泵的啟停和電液閥的開閉，實現微機控制發油(體積或重量流量)，其精度滿足國標要求。

需要指出的是該系統要實現微機指令對供油量的精度控制，必須使用專門的電液閥。專門的電液閥結構示意圖如圖2所示。這種類型的電液閥為組合式閥組，通過微機給電液閥上的電磁閥發出一組脈沖開關信號，改變整個閥套內容積量的大小，便能實現主閥開啟度的大小，達到慢開、慢關及恒流的目的。主閥上還設有2只調節球閥作為主閥的響應閥，可根據介質的粘度和壓力預先調整2只球閥的開啟度，從而實現對主閥的開閉時間進行微調。

2．3 成套稅控電腦加油機系統

成套稅控電腦加油機系統使用陸用成套稅控電腦加油機，這類產品目前在陸上加油站使用廣泛，技術上非常成熟可靠。其采用大流量加油槍與油泵聯動電腦控制的方式，安裝和使用都很方便，并且與石油公司的陸上加油站聯網方便，工作人員無需再次培訓就可熟練操作，后期的維修保養也由于裝備數量大的效應而較低。

這種加油系統又分為正壓和負壓輸油技術，其區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種輸油技術的性能參照表。從表中的對比分析可以看出，正壓輸油技術具有綜合優勢，漸漸被越來越多的加油站采用，目前僅 VEEDERROOT的正壓輸油技術在國內2000座加油站投入了使用。

采用正壓輸油技術的成套稅控電腦加油機系統無論從功能性、維護的方便性、營運的成本控制，還是與陸上加油站發展方向的統一性以及聯網工作的協調性等，都具有一定的優勢，只是初投資的成本較高。但出于對水上加油站的科學管理和降低營運成本的考慮，越來越多的油品零售企業開始接受這一方案。

3 結語

本文就水上加油站的2個核心系統進行了初步分析和討論，采用先進測量和售油系統是實現陸上、水上加油站點統一管理，減耗增效，增強信息化和精確定量管理的必然要求。

表1 正壓和負壓輸油技術用于水上加油站的性能參照表