定量與稱重相結合的裝車系統在輕烴充裝中的應用

宋志俊，袁智勇，王娟娟，趙鑫輝

中國石油長慶油田分公司第一采油廠 （陜西 延安 716000）

石油工業各類石油產品多數使用槽車拉運，槽車具有安全風險高、計量模式多等缺點，需要裝車過程安全平穩、計量準確。輕烴槽車裝車計量分為壓力容器計量、流量計計量和地磅計量[1]。壓力容器計量精度低，球型儲罐精度為0.5%，臥式儲罐精度1%；質量流量計計量精度較高，輕烴系統精度在0.3%左右，但是檢定程序復雜困難[2]；地磅計量準確度高在0.1%左右，現在國內外輕烴槽車裝車計量廣泛采用定量裝車系統。安塞油田輕烴生產系統是用來處理原油采出液中的氣體和原油穩定后的氣體，處理后的產品分為液化氣和輕烴，這些產品通過專業公司對外銷售，采購方通過槽車裝載的方式外運，裝車計量采用定量（流量計）+地衡稱重的方式。

1 裝車系統設備組成

1.1 定量裝車系統構成

安塞油田共有輕烴生產站點5座，以前均使用地衡計量方式進行裝車，近幾年改造所有站點均安裝定量裝車系統來提高裝車效率。以杏H輕烴站為例，定量裝車系統由定量裝車儀、計算機系統和現場儀表三部分構成，如圖1所示。

1）定量裝車儀由智能控制器模塊、一體化液晶操作面板、24 V工業電源、防爆控制箱組成。智能控制器主要完成數據的采集、轉換、邏輯運算以及控制信號的輸出；一體化液晶操作面板包括鍵盤和液晶顯示屏，主要用于數據的輸入和啟、停等操作；24 V電源提供電力。

圖1 定量裝車系統設備構成圖

2）計算機系統由計算機、通訊卡、打印機和系統軟件組成。通訊卡將控制器處理的數據轉換傳輸至計算機；計算機上軟件將數據顯示在屏幕上，同時也可以將控制命令通過計算機下達至智能控制器；打印機將所需要的數據進行打印。

3）現場儀器儀表由裝車控制閥、流量計、可燃氣體報警儀和靜電檢測儀等組成。質量流量計計算裝車物料數量；靜電檢測儀檢測槽車與靜電接地情況；其他儀表檢測溫度、壓力和可燃氣體濃度等數據；裝車控制閥可接到控制器或計算機指令在充裝前、充裝結束時打開或關閉閥門。

1.2 地衡稱重系統構成

地衡稱重系統由地衡稱重臺、傳感器、計算機系統三部分組成。槽車進入稱重臺稱重，傳感器將槽車重量傳輸至計算機系統顯示、記錄、計算，得出皮重、毛重和凈重，控制系統配備打印機，將單據打印進行結算。

2 裝車原理

2.1 裝車系統原理

安塞油田杏H輕烴生產站使用槽車額定充裝計量和地衡稱重的槽車皮重，計算出定量裝車系統設定的最大充裝量。2臺單級離心裝車泵，同時可以為液化氣和輕烴提供裝車動力。質量流量計對裝車過程充裝量進行計量和監控。地衡稱量槽車毛重和皮重后打印結算單據完成充裝。

在充裝過程中，根據槽車的情況，控制系統設置裝車限值，現場的儀器儀表將流量、壓力、溫度以及可燃氣體濃度等數據采集來，以脈沖信號的形式傳輸至控制系統進行計算，控制系統接收質量流量計數據并計算后將充裝的實時情況顯示在電腦上，充裝量達到設定值時自動停止裝車泵和關閉裝車控制閥。如出現壓力、可燃氣體以及靜電釋放等數據異常情況，控制系統下達遠程停車、關閉閥門等操作，發出報警鈴聲，同時操作面板上顯示報警信息。

2.2 裝車過程計量

裝車計量有兩種，分別是定量裝車計量和地衡計量，地衡計量通過重力傳感，稱重毛重和皮重相減后得出最終的計量結果。

裝車過程計量通過質量流量計進行計量。首先計量出體積流量，溫度傳感器錄取的溫度值將體積修正到20℃時的標準體積，其次標準體積乘以實測的標準密度，最終得到裝車質量。計算方法如式（1）所示。

式中：W為裝車質量，kg；Q為20℃時的體積流量，m3/h；q為t℃時的體積流量，m3/h；r為膨脹系數，由系統根據體積和溫度關系曲線自動算出，常量。ρ為20℃時液體的標準密度，kg/m3；t為溫度變送器測量的溫度，℃。

管道內流體溫度是連續變化的，因此在補償運算時，取很短時間段內的累計流量，算得該時間內的標準體積流量，然后做積分運算就可計算出總的體積流量。

3 裝車流程

裝車過程分為現場操作和遠程操作：現場操作是使用定量裝車儀上控制按鈕進行操作，遠程操作使用計算機系統在值班室進行操作。槽車經過安全檢查，開票室開好票據后進廠，到地衡進行稱取皮重，定量裝車系統根據皮重和裝車額定量，設置裝車量，錄入油品種類、數量，槽車進入裝車位，操作員接通靜電接地裝置，導通后，在遠程控制計算機上操作裝車和監控，裝車量達到設定值完成裝車。由毛重計算得到的凈重就是最終的裝車結算量，具體裝車流程如圖2所示。

圖2 裝車操作流程圖

4 應用效果

4.1 提高裝車準確度

輕烴運輸槽車為移動式壓力容器，設計壓力一般為1.77～2.16 MPa[3]，由于輕烴槽車裝車壓力較高，導致損耗相對較高，一般影響裝車損耗的因素有計量誤差、欠裝之后的補裝、以及人員操作等。

由于杏H站裝車系統使用漩渦質量流量計，流量、壓力和直管段等因素均有可能引起計量誤差[4]，如果單一使用質量流量計進行結算，則會造成計量不準確。單獨使用地衡進行裝車，不能對裝車過程進行實時監控，會出現欠裝或超裝的情況。需要重復裝車或泄壓，增大裝車損耗，研究表明定量裝車系統在成品油中的應用可將裝車損耗由0.6‰降低至0.3‰[5]。使用地衡對定量裝車系統流量計進行標定[6]，在貿易結算時使用地衡，就很好地解決了單一地使用定量裝車系統誤差大、使用地衡裝車損耗大的問題。在使用定量+地衡裝車系統后，提高了結算精度，裝車系統計量與儲罐計量的相對誤差由原來1%降低到0.2%，見表1。

表1 裝車系統應用前后裝車量對比表

4.2 提高裝車效率

4.2.1裝車過程實現智能化

以往地衡裝車，需要人工到罐區、裝車區打開閥門并啟停裝車泵，產品充裝憑員工的經驗，發生異常情況時則需要員工到現場判斷。定量裝車系統在罐區安裝遠程控制閥、泵遠程啟停裝置和儀器儀表，對裝車過程進行全程監控。充裝時員工只需在值班室完成裝車，降低員工勞動強度，實現裝車智能控制。

4.2.2 縮短裝車時間

應用定量裝車系統后，經過對裝車車輛的安全檢查，操作人員安裝鶴管，遠程開啟、關閉閥門，啟停裝車泵，節省了以往到罐區開關閥門、啟停裝車泵的時間，減少勞動強度，裝車時間由2 h縮短至40 min。單獨使用地衡裝車時操作人員憑經驗判斷槽車充裝量是否完成，若充裝量不足，需要二次充裝，甚至三次充裝，使裝車時間成倍增加，安全風險增大。應用定量+稱重的裝車模式，避免了超裝、欠裝情況發生，提高了裝車效率。

4.2.3 自動生成報表

裝車數據用于貿易，使用地衡裝車為手寫和簽章，存檔的紙質資料需要單獨存放，容易損壞和丟失。應用定量+稱重的裝車系統后，裝車員錄入車輛信息，裝車數據自動生成并保存，圖3為輕烴裝料單據。裝車數據無法修改，自動打印票據，如需查詢歷史數據，要管理員授權，大大提高了數據的保密性，節約了工作時間。

圖4 裝車系統裝料報表

4.3 降低安全風險

槽車裝車是一項風險較高的操作，存在油氣泄漏、火災爆炸、物體打擊以及中毒和凍傷的風險，裝車系統中有報警和聯鎖保護裝置以及安裝了可燃氣體檢測儀、靜電接地檢測儀。當檢測不合格時，無法裝車，同時還可以遠程急停操作。定量裝車杜絕了超裝和欠裝，避免了超裝泄壓過程的安全風險和欠裝過程中的作業風險。

5 結論

目前輕烴生產系統槽車充裝使用的單一模式，如地衡、流量計和壓力容器，各裝車模式均有優缺點。定量裝車系統中質量流量計精度中等、檢定難度大，買方認可度低；地衡裝車精度高，但不能過程監控，充裝過程安全風險、勞動強度大，操作員憑經驗操作，容易出現超裝事件。使用定量+地衡的充裝模式既滿足了安全要求，又達到了計量精度。安塞油田近5年將所有輕烴生產站庫均升級到定量+地衡相結合裝車系統，解決了原來經常性欠裝、超裝、損耗大、效率低以及操作工人勞動強度大等問題，實現了安全、平穩、高效地槽車充裝。