原油庫定量裝車系統的儀表及系統設計

王 靜

（中石化石油工程設計有限公司，山東 東營 257026）

0 引言

近年來，隨著國民經濟的發展和技術水平的提高，國內對原油和成品油的需求日益增加，裝車系統的自動化水平也在不斷提高，對油品儲運的現場儀表及控制系統提出越來越高的要求。某原油庫裝車點目前使用油罐自壓噴濺式裝車，這種裝油方式存在如下缺點：損耗率較大，實際裝車量誤差不確定；裝油口易產生靜電，引發火災；裝車過程中散發的油氣對操作人員身體造成潛移默化的危害；油品裝車無自動控制措施，容易發生跑瀉溢漏等事故。

針對以上問題，對該原油庫裝車點進行自動化改造，增加定量裝車系統。定量裝車系統可以實時檢測和監視裝車過程中的工藝參數，實現槽車定量/定位裝車的自動控制，并具有記錄、報警、打印等功能。

1 定量裝車系統概述

圖1 定量裝車系統配置圖Fig.1 Quantitative loading system configuration diagram

該原油庫裝車點新建8套裝車鶴位（共4座裝車平臺），在原油罐區開孔新建發油流程。為裝車點的裝車鶴位配套定量裝車系統，通過預設裝車量控制發油量，實現自動裝車控制，以提高裝車效率，保證裝車安全。

定量裝車采用分布式定量裝車監控系統，包括現場檢測執行儀表層、現場控制層和上位機管理層，由裝車控制發油主機和現場裝車控制器等組成。每一個裝車鶴位設一臺定量發油控制器（批量控制器）、一臺高精度雙轉子流量計和一臺裝車控制閥，對裝車進行定量控制、靜電、溢出檢測報警及聯鎖控制。在控制室設一臺發油主機（兼開票機），一臺開票打印機，對整套定量裝車系統進行監視、管理和記錄等。

定量發油控制器在現場就地完成定量發油控制及安全聯鎖保護，各發油控制器之間通過RS485總線串聯，通過通訊電纜接至控制室的串口服務器，經協議轉換與裝車控制發油主機相連，在裝車控制發油主機上顯示裝車過程、事件報警及遠程控制管理等。

發油主機（兼開票機）作為定量裝車系統的上位機管理層，是操作人員和業務人員監視、控制裝車過程、進行裝車銷售業務管理、維護設備和處理事故的人機接口，并綜合門禁管理和自動稱重管理的功能，構成一套控制分散、管理集中的裝車控制系統。

發油主機可以根據操作者的權限訪問和調用工藝流程圖、過程參數、數據記錄、報警處理以及各種可用數據，有效地調整控制回路的輸出和設定參數；并能適應裝車銷售業務管理的操作需要，讓業務員完成開票、結算、統計報表等工作。發油主機具備不同級別操作權利和不同操作區域或數據集合的操作權限，操作級別和權限用密碼的方式限定，操作員密碼和操作權限可由系統管理員設定和修改。

另外，原油庫控制系統可通過OPC協議方式從裝車發油主機獲取裝車數據，從而實現定量裝車系統與原油庫控制系統的雙向數據、信息傳輸。

2 現場設備選型和設計

定量裝車系統的現場設備包含：批量發油控制器、雙轉子流量計、電動二段式球閥和靜電溢油保護器等。

2.1 批量發油控制器

批量發油控制器采用以PLC為核心的先進控制器實現。每個裝車鶴位采用獨立的批量控制器彼此之間互相獨立，這樣不會因為一臺控制器出現故障而影響其它裝車鶴位的工作。

根據設備資料，批量發油控制器可以進行溫度、壓力和密度的補償修正，能精確地計算出發油的體積流量，可顯示累積總量、批量和瞬時流量。該批量發油控制器的系統精度可以高于等于±0.2%。批量控制器還具有以下功能：智能讀寫IC卡；掉電及斷電的數據自動保護；輸入相關工藝流程參數；人工啟動或停止發油；操作員現場設置和密碼保護；顯示運行和報警信息；數據監控、監測、報表、查詢及打印。同時，配套現場防爆信號接線箱，將溫度、流量和靜電、防溢信號等接入，方便信號統一上傳。

2.2 雙轉子流量計

到目前為止，在國內裝車用于貿易交接的流量計量儀表主要有質量流量計、雙轉子流量計、刮板流量計等。其中雙轉子流量計是一種設計獨特、經過精密加工裝配的容積式流量計。一對螺旋轉子是計量腔體內唯一的運動體，起到分割、測算、運送和排泄被測液體的作用。雙轉子流量計具有精度高、運轉平穩、噪音低、磨損少、粘度適應性強、壓力損失極小、價格低等優點。

根據本工程的實際情況，定量裝車計量采用了不銹鋼雙轉子流量計。所選擇的流量計測量精度為±0.1%，帶有數字表頭，可現場顯示瞬時流量，字碼直接讀數。在工程實際中，流量計算時應采用某一時段的累積流量。為了保證計量精度，該雙轉子流量計輸出脈沖信號給批量發油控制器，供批量控制器進行顯示及計算處理。

2.3 電動控制球閥

在裝車過程中，為了防止閥門瞬間切斷對管道或泵造成的水擊現象，加上原油庫內無空壓機提供儀表風，本項目裝車控制閥采用電動二段式球閥。電動二段式球閥由閥體和防爆電動執行機構組成。它的主要作用是，確保流量貿易交接的測量精度，減少關斷時產生的液壓沖擊力[1]。電動執行機構自帶限位開關，輸出閥位狀態，這樣在裝車過程中就可以在控制室監控閥門的開關運行狀態。電動二段式球閥與批量發油控制器結合，可以實現精確、平衡的批量控制，同時保護流量計。在裝車過程中，根據預先設計好的程序，由批量發油控制器發出控制信號給電動球閥，其動作過程如下：

1）閥門初始為關閉狀態。

2）閥門打開到預設的小開度，以防止原油飛濺產生靜電。

3）經過一段時間的裝車，流量累積，閥門開到預設的最大開度，以最快的速度裝車。

4）流量到達快速裝車量時，關閉閥門到小開度，裝車速度減慢。

2.4 靜電溢油保護器

靜電溢油保護器是定量裝車系統實現聯鎖的關鍵設備，它包含防靜電溢油保護控制器、防溢液位開關、靜電接地夾和接地線等。其作用是防止罐車液體溢出，同時保證靜電接地電阻符合相關安全標準的規定。

當進行裝車時，靜電接地夾檢測易產生靜電接地罐車的接地情況。當罐車與接地樁之間的電阻值大于50Ω時，批量控制器則停止裝車，上位機同時報警；當電阻值小于50Ω時，則按預設量進行定量裝車。如果裝車過程中，靜電夾接地不良時，無論流量是否達到預定量，批量控制器都將關閉電動控制閥，并向控制室上位機發出報警信號或進行現場報警。

防溢液位開關輸出信號為觸點形式。當裝車液位超過設定的安全位置時，液位開關動作，同時向批量控制器發送中斷請求，批量控制器立刻關閉閥門，避免原油溢出，上位機同時發出聲光報警信息，從而防止溢油事故的發生。

3 定量裝車系統的功能和特點

1）發油控制

設定發油量，根據設定量和裝車量，通過流量計信號控制閥門的開關，可實時、客觀、準確地計量裝車全過程數據[2]。

定量發油控制器可以在現場就地設置裝車定量值，也可以接收控制室發油主機的遠程裝車定量值。

2）數據監控

民間非營利組織會計制度與企業會計準則相比較，通常是從四個方面入手。第一是兩種制度的結構方面，第二是兩種制度會計核算方面的比較，第三是會計要素的比較，第四是財務會計報告方面的比較。通過一系列比較不難看出，民間非營利組織會計制度在不斷進行改革和發展，逐步向企業會計準則方向發展，與國外非營利組織會計有趨同之勢。

監視現場裝車流量的累積量，實時顯示和記錄裝車量，并能在顯示屏上顯示現場閥門、液位開關、接地開關狀態及故障狀態。

操作員可在正常或異常情況下對現場各設備進行控制，并可監視所有的運行數據和狀態。

3）數據處理及報表

對采集的數據進行統計、分類和計算，存儲歷史裝車數據，對記錄的數據進行編排處理和隨時調用。

可根據日、月、年等生成各類生產報表，并可進行打印。

可自動生成符合“ERP”要求的業務數據和報表。

4）報警功能

顯示并確認現場報警，對過程變量報警和系統故障報警進行區分。

能對過程變量報警任意分級、分區、分組，并自動記錄和打印報警信息。

5）數據通訊

批量發油控制器具備RS485通信接口，每臺批量控制器總線串聯后接入控制室發油主機。

控制室發油主機提供數據庫通信接口，可實現與其它控制系統的數據通信和數據共享。

6）安全保證

系統可對泵與閥門進行時序控制，對電動控制閥進行精確控制，實現裝車速度控制，提高裝車的控制精度，減少水擊。

系統具備液位開關安全聯鎖和防靜電接地安全聯鎖兩種方式。當監測開關報警時，批量發油控制器會立即停止裝車，并給出報警提示。

同時具有車位暫停和鶴管暫停的控制功能。

4 系統誤差影響因素及分析

根據原油庫裝車點工藝流程的要求，對定量裝車系統的儀表及自控設計進行分析，對影響系統計量誤差的因素如下：

1）現場流量測量儀表的精度誤差。

2）電動控制閥從開啟到關閉過程中不確定時間的存在，造成關斷滯后的誤差。

3）批量發油控制器的運算精度及通信誤差。

4）工作環境等不確定因素造成的誤差。如氣溫、氣候等的影響。

針對以上幾項誤差因素，設計中采用的解決方法如下：

a）采用高精度的雙轉子流量計，測量精度可達到±0.1%；同時將溫度、流量和密度信號接入上位機，可查看數據的變化趨勢，以便判斷故障。

b）采用Rotork的高性能電動執行機構，滯后時間相對較短，可減少滯后產生的誤差。

c）選用的批量發油控制器技術成熟，有較好的裝車應用業績，控制精度較高。

d）現場設備對工作環境的影響有較強的適應性，減少了對系統精度的影響。

5 結束語

本文結合某原油庫定量裝車系統的設計實例，對油品裝車的自控系統及現場儀表設計進行了比較詳細的總結。原油庫采用基于批量控制器和上位機監控軟件結合的定量裝車系統，該系統軟件人機界面良好，具有操作簡單實用、運行可靠的優勢。

裝車是實現銷售的關口，自動定量裝車系統在整個裝車過程中，不僅用戶和操作員都可以通過現場的顯示窗口看到本鶴位的可裝物料名稱、當前預設量和實際裝車量，而且功能完善，杜絕人為的差錯，降低了操作員的勞動強度，又因可遠程控制裝車，極大地改善了員工的工作環境，減少了環境污染，保障了生產安全。目前該系統已經投入使用，不僅提高了裝車的自動化水平，而且使裝車計量精度大大提高，從而減少了貿易糾紛，為企業創造了可觀的經濟效益。