采用定量裝車控制系統提高火車裝車安全性

王開宏 胡洋 趙發

引言

洗滌劑化工廠（以下簡稱洗化廠）是中國石油天然氣股份有限公司撫順石化分公司下屬的大型化工廠，主要產品有直鏈烷基苯、和稱脂肪醇、烷基苯磺酸等，是目前亞洲最大的表面活性劑原料生產基地，是撫順石化公司四大石油化工原材料生產基地之一。

洗化廠烷基苯裝置經過歷次改造，烷基苯產量從1990年建廠的年產7.2萬噸，已達到目前的年產30萬噸，而烷基苯的運輸方式一直以鐵路罐車運輸為主。目前洗化廠儲運車間烷基苯火車裝車系統包括裝車泵P-2607（2010年增加P-2606泵作為備用泵）、輸送管線、16臺裝車鶴管。裝車泵布置在成品泵房內。烷基苯由儲罐經裝車泵輸送至成品裝車棧臺，從棧臺西側分送至位于兩條鐵路線上的16個鶴位。目前，火車罐車裝車以鶴管人工付油、手工檢尺作業為主，技術落后，勞動強度非常大，每班需配備三人同時操作，才能保證安全、準確裝車。如何快速高效并安全地完成裝車、降低人工成本、實現裝車自動化顯得十分迫切。

一、火車裝車現狀

1.現有裝車系統設備：

裝車泵P-2607/P-2606額定流量均為200m3/h，揚程80m，額定功率75KW。將烷基苯從成品罐區輸送至火車棧橋，管線長度300米。火車棧橋東西走向，兩側分別有8個鶴位，總共16個鶴位。P-2607泵出口管線為DN200口徑，管線(長300米)至火車棧橋西側，分2路縮徑為DN100管線，每路再分為4路DN100管線，經過過濾器、氣動閥至裝車鶴管。

2.裝車操作情況說明：

(1)16個鶴位不能同時裝車。

(2)8個鶴位同時裝車時，只能保證6-7個鶴管有流量。6-7個鶴管流量不同，有搶量現象。

(3)普遍采用4個鶴位輪流裝車，每個輪換批次時間1小時20分鐘。

(4)有時采用6個鶴位裝車。

(5)偶爾有2車裝車情況。

3.裝車流速核算

根據裝車泵流量和鶴管尺寸計算鶴管出口流速v。目前鶴管出口均為伸縮套管，出口口徑比鶴管公稱直徑稍大，為150mm。按照鶴管出口管徑計算出口流速。

v=裝車泵流量/出口管線截面積=；

當 1臺泵對4臺鶴管時，平均流速 V4=，VD=0.79×0.15=0.119＜0.8；

當1臺泵對3臺鶴管時，流速V1==1.05m/s，VD=1.05×0.15=0.158＜0.8；

當1臺泵對2臺鶴管時，流速V1==1.57m/s，VD=1.57×0.15=0.236＜0.8；

當1臺泵對1臺鶴管時，流速V1=3.14m/s，VD=3.14×0.15=0.471＜0.8；

由此可見，無論火車裝車開始或結束階段的VD值均滿足《防止靜電事故通用導則》（GB12158-2006）的要求。

在裝車鶴管未侵入液面之前的裝車流速只有4臺鶴管同時開流速0.79 m/s時才能滿足規范要求的1 m/s。裝車臨近結束會出現1臺泵對1臺鶴管的極限情況，流速達到3.14 m/s，但由于鶴管已浸入液面，而其VD值滿足要求。因此在不改變火車裝車泵流量的前提下，必須4臺鶴管同時開始裝車，才能將鶴管出口流速降到規范要求以下。

二、定量裝車控制系統配置

1.現場儀表設備配置

每套現場裝車子系統控制一個鶴位，包括質量流量計一臺，批量控制儀一臺，裝車控制閥一臺，現場操作臺一套；每個鶴位防爆接線箱一個，裝車切斷閥一臺，防靜電接地夾一臺(電纜長度定制)，防溢流開關一臺(電纜長度定制)；現場信號通過防爆接線箱進入批量控制儀。

2.鶴位供電與通信配置

在裝車控制室內為每臺鶴位提供一路220V AC供電開關，每路二端各配置一只浪涌保護器。每個鶴位上的質量流量計、裝車控制閥、批量控制器、防溢出設備、防靜電設備等所需的220V AC和24V DC供電均由該鶴位的防爆接線箱提供。8臺批控儀的通信總線通過RS485總線通訊到控制室，在配電柜配置通信浪涌保護器，通信線通過通信控制器進入裝車監控站計算機。

3.裝車站配置

該系統16個鶴位（一期先對8個鶴位進行改造），使用一臺監控操作站、配置組態軟件及裝車監控管理軟件，一個裝車業務站、配置裝車業務管理軟件包。一臺通信控制器、一臺報表票據打印機、一臺票據打印機等。整套系統配置一臺3KVA 30min的不間斷電源。裝車監控站計算機、裝車業務站計算機，通過TCP/IP聯網。

4.關于裝車泵的問題：

火車裝車采用1臺大泵帶若干個鶴位裝車，在此情況下鶴位裝車情況的變化對管線壓力會產生一定的影響，從而影響裝車系統的精度。為解決此情況可以通過變頻調速控制機泵轉速以保持主管線上壓力穩定，保證流量計工作在某一流量段，提高流量計計量精度，同時配合裝車控制閥，有效減小裝車過程的產生的水擊和提高系統精度。

5.裝車系統設備選型

(1)控制閥門

裝車控制閥為帶有緊急切斷功能的批量控制閥。

(2)流量計

流量計采用高精度質量流量計。質量流量計的優點是精度高，流量計數據可以做為計量交接的依據，簡化工作流程、提高企業效率。

(3)防溢液位開關

(4)批量控制儀：

裝車控制系統的現場設備中，批控儀是核心控制設備。它是以微控制器為核心的新型智能化儀表，可以和流量計、溫度計、防溢液位開關、防靜電接地開關、控制閥門等配套，對灌裝過程進行程序控制、定量控制、防溢連鎖控制、防靜電接地連鎖控制，可對液態物料灌裝過程的流量進行溫度補償和累計。選用隔爆型防爆儀表，可以直接安裝于有防爆要求的現場鶴位旁。即可以單機獨立完成批量灌裝控制，同時也允許掛接在總線上與監控計算機實時通信，將現場信息集中到業務室進行更有效的管理，構成一個完整的分布式定量裝車控制系統。