罐區數據采集系統在中海殼牌低碳烯烴裝置的應用

張杰（中海殼牌石油化工有限公司，廣東 惠州 516081）

乙烯工業是石油化工產業的核心，乙烯產品占石化產品的75%以上，在國民經濟中占有重要的地位。世界上已將乙烯產量作為衡量一個國家石油化工發展水平的重要標志之一。安全有效的生產及存儲管理乙烯產品勢在必行，中海殼牌石油化工有限公司作為世界一流的乙烯生產廠，采用了先進的罐區管理系統。

罐區數據采集系統能夠實時、準確獲取罐內液位、溫度、壓力等過程變量，通過CIU運算可實現物料的存儲、計量、收付等環節的自動化，使各級生產管理部門及計量統計部門能夠及時了解生產和裝置的運行狀況，為罐區的精確、安全運行提供保障。中海殼牌石油化工有限公司低碳烯烴裝置有23臺罐使用了ENRAF公司開發的一套TDAS系統設備，分為11臺常壓罐及12臺球罐，存儲的介質有乙烯、丙烯、丙烷、丁二烯、凝析油等。

1 TDAS系統組成

TDAS的硬件設備包括：973系列H04型雷達液位計、854ATG伺服鋼帶液位計、VITO 672 PT100多點溫度計、壓力變送器、CIU Prime、CIU Plus等

2 現場設備的介紹

2.1 97 3雷達液位計

973 Smart Radar LT是一種測量液體儲罐液位的雷達液位計。LOP罐區使用的雷達液位計，其雷達型號均為H04，使用時配合罐隔離器安裝。H04罐隔離器有兩個定位銷的孔，安裝時必須保證雷達上定位銷所對的孔與排氣閥的位置成90度角。除電源、報警輸出和通訊電纜外，所有接入儀表的電纜都必須是屏蔽電纜。屏蔽層必須在電纜兩端同時接地。

2.2 85 4 ATG伺服液位計

854 系列伺服液位計遵從美國石油協會（API）和國際法制計量組織（OIML）的標準進行設計和生產制造，取得了包括中國在內的世界主要國家的貿易交接計量認證和安全防爆認證。該伺服液位計采用多功能模塊化結構，可以接入多點平均溫度計、單點溫度計和HART協議的壓力信號，提供了完善的貿易交接計量或者庫存管理計量的測量方案。還可以根據需要選擇液位模擬信號輸出、伺服密度測量、外接油水界面測量設備的功能，實現各種不同的輸入輸出模式。

854 ATG可分為接線室、電氣室和磁鼓室，電子室內主要安裝有XPU板、SPU板、Power板。該設備使用220V交流電源，其接線區域分為本安和非本安兩部分。其外部輸入信號來自壓力變送器、溫度變送器、PT100溫度A線B線C線，外部輸出信號包括去977罐旁顯示器、電器硬開關輸出、4-20mA輸出、通訊總線輸出。

吊浮子的鋼絲纏繞在磁鼓表面的槽中，安裝在磁鼓軸上的馬達單元將力矩傳遞到力傳感器，力傳感器將力矩轉變成頻率信號，伺服處理單元（SPU）從力傳感器接受頻率，通過馬達控制浮子的位置，通過計算磁鼓收放浮子的圈數，可以測得罐內液位。所有的移動動作都由步進馬達產生，馬達帶動碼盤動作通過光電門，檢測到的動作與步進馬達的步數進行比較，丟失的步數被檢測到后，自動進行補償。馬達動作一步鋼絲收放0.05mm。

在日常操作維修過程中，可以通過Honeywell Enraf公司的便攜終端（PET），通過紅外線接口與液位計連接通訊；或者利用Ensite組態調試軟件，通過BPM通訊總線與854系列伺服液位計進行遠程調試和組態。

由于TDAS系統的液位計還可用于儲罐內產品的交付計量，因此對其測量值有較高的精度要求，然而在使用中有多種的因素可對其精度產生影響：浮子的浸沒深度。在設定參數時通常將浮子設為比較小的浸沒深度，即設定值趨近于浮子的重量。這樣可以降低不同產品的密度對精度的影響，使浮子上不容易沾上油污，而且產品波動的影響也最小。

3 Enraf CIU通訊控制單元

Enraf CIU通訊控制單元分為兩層，第一層是CIU Prime（通訊接口單元），第二層是CIU Plus（庫存管理計算單元）。該兩層應用的是交叉冗余結構，可以獨立完成儲罐的庫存計算任務。

3.1 CIU Prime是安裝在儲罐上的液位計量設備和控制室內計算機系統之間的通訊接口，主要任務是掃描所有的儀表，并獲取數據，所有儲罐的數據掃描只需幾秒鐘時間，CIU Prim會連續掃描所有測量的數據，包括液位、溫度、壓力、密度、報警狀態、氣相溫度和其他相關數據等。所有的數據都會儲存在內部的實時數據庫中，供上位計算機系統調用。現場所有的BPM協議的儀表都可以直接接入到CIU Prime內。CIU Prime提供2個獨立的上位通訊端口，用于連接PLC或者DCS系統，或者連接Enraf公司的CIU Plus單元。上位通訊采用標準的Modbus協議。通過通訊端口，可以實現本地和遠程調試。CIU Prime提供兩路輸出，一路可以將所有一次測量的信號送到CIU Plus中，另一路可以連接Enraf公司的雷達專用調試軟件，對雷達的運行參數進行必要的調整，可以得到整個儲罐的波形圖。

3.2 CIU Plus主要進行獨立的硬件計算。我們可以通過En?raf的Ensite Pro軟件將罐容數據全部輸入到CIU Plus中，結合已經在Plus中已經內置的國際通用的ASTM和API石油計量表、中國的國際石油計量表以及適合于各種化工品的國際標準算法，根據CIU Prime得到的一次測量信號，可以實時計算油品總視體積（TOV）、靜標準體積（NSV）、毛視體積（GOV）、總液相和氣相質量、毛標準體積（GSV）、流量以及標準密度等數據。CIU Plus最多可以提供4個獨立的上位通訊端口，可以連接到Enraf公司的各個不同的系統，例如可同時連接到Ensite Pro庫存管理系統、PLC系統、DCS系統等，且各個系統間相互獨立。

3.2.1 CIU Plus技術指標

CIU Plus有2個現場通訊端口，可以連接1或2臺CIU Prime。這種模塊化設計非常適宜于安裝在不同的場所，適宜于距離較遠的儲罐或者泵控制室。采用ModBus協議，可以連接50臺儀表，通訊速率為19200Bps。上位通訊接口也是采用RS-485，通訊協議為ModBus。

4 結語

罐區數據采集系統在LOP裝置使用多年來，運行平穩可靠，其先進的Ensit診斷通訊軟件更是方便了人員在室內就可以了解現場儲罐的溫度計及液位計的各項參數、過程數據、故障代碼等，能夠及時迅速的找出故障并加以解決，提高了存儲的可靠性，減少了現場作業的安全隱患。

[1]宋悅孝.電子測量與儀器[J].電子工業出版社,2009.

[2]鄭君里.信號與系統[J].高等教育出版社,2011.