油氣回收在線監測系統在加油站的應用

修德欣，王振中，丁莉麗，蒲鶴，張衛華

(中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島 266071)

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油氣回收在線監測系統在加油站的應用

修德欣，王振中，丁莉麗，蒲鶴，張衛華

(中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，山東 青島 266071)

成品油中的輕烴組分具有較強的揮發性，加油站作為重要的油品儲存和銷售場所，在卸油和加油過程中均會存在油氣蒸發損耗的問題[1-3]。為減少大氣污染、節約石油資源、降低安全隱患，國內開始在部分地區推廣油氣回收設備以及后處理裝置[2]。目前使用的油氣回收設備及后處理裝置具有一定的油氣排放控制效果，能夠節約成本、降低污染，同時也減少對加油站工作人員及顧客的健康損害，在經濟和環保方面都發揮了巨大作用[3]。但是油氣回收的檢測步驟較為繁瑣，檢測時需要暫停整機甚至整站的運營，一方面不便于日常運營過程中對油氣回收設備狀態的了解，另一方面檢測耗時耗力影響營業時間。

根據CP-201 “CertificationProcedureforVaporRecoverySystematGasolineDispensingFacilities”中規定[4]，年銷售汽油油品在2.27×106L以上的加油站都需要配備在線監測系統，該系統功能主要包括故障監測、數據傳輸、超標報警和強制停機等[5]。GB 20952—2007《加油站大氣污染物排放標準》中也要求對一定規模的加油站加裝油氣回收在線監測系統[6]。DB 11/208—2010《加油站油氣排放控制和限值》對在線監測系統作出了更為詳細的要求，包括在線監測系統的監測功能、數據分析和傳輸功能、報警標準、校準方法等[7]。

2014年底北京市部分加油站選用了不同廠家的在線監測系統進行試點安裝，并對在線監測系統運行狀態進行了測試。

1在線監測系統簡介

1.1在線監測系統功能

在線監測系統是在油氣回收系統的基礎上，對油氣回收運行參數進行在線監測的一系列設備的組合。加油站油氣回收是指通過油氣回收型加油槍、加油膠管、真空泵等設備，將加油過程中產生的油氣通過密閉的方式收集回到地下儲油罐的過程。油氣回收的關鍵在于維持適當的氣液比(國內規定為1.0～1.2)，主要通過控制機械式或電子式氣液比例調節閥的開度來調節。在加油站運營過程中，由于真空泵頻繁開啟，氣流對調節閥產生一定的沖擊，而氣液比又對閥的開度較為敏感，常會出現漂移現象，因而有必要通過在線監測系統監測氣液比的當前值。除氣液比外，密閉性和管線液阻也是油氣回收系統的重要參數，需要進行實時監測。根據文獻[7]的要求，在線監測系統需能夠實時監測上述參數，并能將監測數據記錄、存儲、處理和傳輸。

1.2在線監測系統結構

在線監測系統的主要組成結構如下：

1) 安裝在加油站各管路上的現場儀表，包括壓力傳感器、氣體流量計、濃度檢測儀等。

2) 數據采集器，用于采集加油脈沖、油氣流量脈沖、壓力信號、濃度信號等。

3) 加油站室內的監控機，可運行在線檢測軟件。

在線監測系統設備安裝示意如圖1所示。氣體流量計安裝于加油機內氣路上，用于監測每次加油操作的回氣體積。壓力傳感器安裝于與地下儲油罐直接連通的氣路上，如加油機底部回氣總管處或后處理裝置進氣口處。數據采集器位于加油機內，用于采集加油脈沖、回氣脈沖和壓力信號，并通過通信線纜將數據傳入監控機進行處理。

圖1　在線監測系統設備安裝示意

1.3在線監測系統關鍵設備

1) 流量計。目前各廠家選用的流量計主要是羅茨流量計和熱式流量計。

a) 羅茨流量計采用體積式計量原理，精度較高、可靠性好、性能穩定。常用氣液比檢測箱通常也需用羅茨流量計進行油氣流量測量，因而采用羅茨流量計可以提高與氣液比檢測箱的一致性。實際使用中發現，羅茨流量計的安裝位置對流體體積測量有一定的影響，如安裝在真空泵前會有較大的真空度，導致測量體積變大。因此，完成后應根據不同加油機的安裝情況，在軟件中設置補償系數，或者直接選用帶有壓力補償模塊的羅茨流量計。

b) 熱式流量計利用傳熱原理檢測流量，即利用流動中流體與熱源之間的熱量交換關系來直接測量氣體質量流量。熱式流量計測量回氣體積時需要根據油氣密度和比熱等參數推算得出，對于不同加油站需要根據實際情況進行調整，且油氣密度和比熱不是恒定值，因而該流量計的校準工作比羅茨流量計復雜。

2) 數據采集器。在線監測系統需要采集的現場信號包括加油脈沖、油氣脈沖和壓力信號等。其中加油脈沖涉及加油過程的計量和稅控，需要采用合理方案避免對加油脈沖產生影響。對于加油脈沖采集，通常采用經電平轉換后，通過光耦隔離的方式將脈沖信號輸入采集器的計數單元，進而保證數據采集器只能單向讀取加油機脈沖信號，而不會對脈沖信號產生干擾。

數據采集器通常都具有信號采集、數據存儲和數據傳輸功能。采集器通常包括： 加油脈沖輸入通道、回氣脈沖輸入通道、壓力傳感器輸入通道、數據輸出端口[8]。當前各廠家的數據傳輸方式包括： 485總線、無線和電力載波。

2在線監測系統校準

2.1校準方法

由于氣液比、密閉性和液阻等參數在相關標準中已經有詳細的檢測方法說明，但各廠家在線監測系統設計方案及設備選型等也存在一定的差異，這可能會造成在線監測系統的氣液比和壓力數據與實測數據存在一定的誤差，所以根據文獻[7]的要求，在線監測系統需要進行準確性驗證。

對各試點站的在線監測系統進行了校準測試，并將測試結果與在線監測系統測量值進行比較，如果兩者之間差值在允許的范圍內，則視為系統測量精度滿足要求。

在線監測系統的允許壓力差值范圍為±20Pa,允許氣液比差值范圍為±0.15。若第一次測量壓力和氣液比值滿足精度要求，則視為通過測試；若不滿足精度要求，則應再做2次監測，取3次檢測的平均值，再進行比較。

2.2在線監測系統校準數據分析

校準測試過程中采用標準綜合檢測箱，可檢測氣液比、密閉性和液阻等參數，其中密閉性和液阻需要綜合檢測箱配合氮氣瓶進行測試。

對比在線監測系統實時數據，對13個試點加油站進行了校準測試。測試結果見表1所列。

表1　各廠家在線監測校準測試情況

測試結果顯示，目前各廠家的在線監測系統總體運行狀況良好，可以在一定的精度范圍內測量氣液比及壓力數據，能有效監控油氣回收系統運行效果。但部分加油站安裝的在線監測系統氣液比和壓力誤差相對較大，超過了規定的誤差范圍，且部分在線監測系統出現了丟失數據的情況，即加油操作未被系統檢測到，需要進行后續的改進，以完善在線監測系統。

3在線監測系統存在的問題

1) 羅茨流量計堵塞問題。引起該問題的原因在于羅茨流量計腰輪配合較為緊密，氣路中的固體雜質會引起流量計的堵塞。建議豎直安裝羅茨流量計且在流量計前加裝濾網，但對加油機的安裝空間要求更高，會增加改造難度。

2) 回氣銅管向上彎曲問題。部分回氣管路的真空泵出氣口低于回氣總管，導致安裝時不可避免的存在向上彎曲的銅管段，可能導致該段管路積液，油氣中的微小雜質也不易排出。

3) 加油脈沖采集問題。目前各在線監測廠家均通過信號采集器采集加油機編碼器輸出的加油脈沖，數據采集器通常都采用光電隔離的方式，避免對加油脈沖產生影響，效果良好，但該方式尚未得到相關部門的認可，若要大規模推廣在線監測系統，需進行相關溝通工作。

4) 數據采集器數據丟失問題。部分廠家的信號采集器運行不夠穩定，在加油量較低或其他情況下會出現數據丟失情況，需要對油氣流量計和信號采集器進行進一步完善。

5) 液阻測量問題。根據相關標準要求，液阻需要在固定流量且打開卸油口回氣閥門的情況下測量，但加油站運行過程中卸油口回氣閥門處于關閉狀態。各廠家的液阻測量方案基本都是在離罐區較遠的加油機回氣總管處和后處理進氣管處分別安裝壓力傳感器，取兩者示數的差值。該方案測量的液阻值與標準差距較大，仍需探索更為合理的液阻測量方法。

4在線監測系統發展建議

根據在線監測系統校準測試情況，結合加油站油氣回收系統運行狀況，對在線監測系統的發展提出以下建議：

1) 將在線監測系統與電子式氣液比調節裝置相結合，在檢測氣液比的基礎上，對于氣液比不符合標準的加油槍，可通過電磁閥進行調節，即為在線監測系統添加閉環式氣液比調節功能。

2) 當前加油機內部除了加油管路及流量計等設備外，還需要安裝二次油氣回收設備和在線監測設備，內部空間較為緊張，所以應盡快規范加油機的出廠標準，預留在線監測系統的安裝空間。

3) 通過對油氣流量計、信號采集器和監控機程序的改進，進一步提高在線監測系統的精確度和穩定性。

5結束語

針對目前北京地區加油站油氣回收在線監測系統的試點運行情況，介紹了該系統的功能及原理，并進行了系統校準測試，分析總結了該系統目前存在的問題，對其改進和發展提出了合理化建議。

參考文獻：

[1]嚴龍，鄒兵，朱亮.加油站油氣回收在線監測系統研制[J].工業安全與環保，2011，37(06)： 18-19，33.

[2]李智緯，錢華，戴海夏，等.加油站在線監控系統簡述與應用展望[J].油氣田環境保護，2011，21(01)： 53-56.

[3]謝英奮.加油站的油氣回收與安全環保[J].煉油技術與工程，2006，36(05)： 53-56.

[4]California Air Resources Board. CP-201 Certification Procedure for Vapor Recovery Systems at Gasoline Dispensing Facilities [S]. Sacramento： California Air Resources Board, 2013.

[5]陳家慶，朱玲.油氣回收與排放控制技術[M].北京： 中國石化出版社，2010.

[6]北京市環境保護科學研究院，國家環保總局環境標準研究所.GB 20952—2007加油站大氣污染物排放標準[S].北京： 中國環境科學出版社，2007.

[7]李維榮，李鋼，劉明宇，等.DB 11/208—2010加油站油氣排放控制和限值[S].北京： 北京市環境保護局、北京市質量技術監督局，2010.

[8]California Air Resources Board. TP-201.2l Test Procedure for In-Station Diagnostic Systems [S]. Sacramento： California Air Resources Board, 2013.

[9]黃楠.油氣回收系統運行中的問題及對策[J].石油庫與加油站，2014，23(06)： 25-28.

[10]王振中，金幗，吳鋒棒，等.加油站油氣回收在線監控系統[J].化工自動化及儀表，2014，41(10)： 1166-1168，1180.

摘要：為實時監測油氣回收系統各項指標是否正常，部分加油站開始試點運行在線監測系統。詳細介紹了該系統的系統功能、結構組成和關鍵設備，并按照相關標準要求進行了校準測試，以保障該系統的準確性和穩定性。根據試點加油站的安裝情況和校準測試結果，分析了目前在線監測系統運行過程中存在的問題，并提出了合理的建議。

關鍵詞：油氣回收在線監測加油站氣液比流量計

Application of Oil-vapor Recovery On-line Monitoring System at Gas StationXiu Dexin, Wang Zhenzhong, Ding Lili, Pu He, Zhang Weihua

(Sinopec Research Institute of Safety Engineering, Qingdao, 266071, China)

Abstracts： To monitor if parameters of oil-vapor recovery system are normal or not on real time, some gas stations start to equip with on-line monitoring system.The system function, configuration and key equipments are introduced in detail. Calibration test is practiced according to relative codes to ensure system stability and accuracy. On basis of installation and calibration test results, the existing problems about on-line monitoring system are analyzed.Reasonable suggestions are proposed.

Key words：oil-vapor recovery; on-line monitoring; gas station; gas liquid ratio; flowmeter

中圖分類號：TP274

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)04-0066-04

作者簡介：修德欣(1988—)，男，2014年畢業于中國石油大學(華東)機械工程專業，獲碩士學位，現就職于中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院，從事加油站安全和環保研究工作。

稿件收到日期： 2015-03-17。