煙臺港西港區(qū)專用鐵路工程油品裝卸站裝車工藝簡述

尚玉濤, 劉 鑫

(山東港口煙臺港西港建設(shè)管理部，山東 煙臺 264000)

1 項目概況

本鐵路裝卸車區(qū)已建成2股裝卸鐵路線(y1和y2)并預(yù)留2條鐵路線(y3和y4)。鐵路線y1(直線長771 m)，y2(直線長770 m)，整體道床長度680 m最大可滿足整列(原油罐車每列57節(jié)罐車或成品油罐車每列56節(jié)罐車，每節(jié)罐車12 m)的裝卸要求，鐵路裝卸棧橋設(shè)在鐵路線y1和y2中間，可雙側(cè)裝卸車，鐵路棧橋長678 m，寬度3.5 m，高度3.9 m，設(shè)計的最大裝卸車鶴位數(shù)為226個(原油裝車114個，成品油裝卸車112個)，裝車油品品種為原油(或燃料油)。鐵路裝卸站場內(nèi)新建變電所(含控制室)、泡沫間、污水提升池、雨水監(jiān)控池等公輔設(shè)施，生產(chǎn)生活用水接自外部市政管網(wǎng)，項目用電依托港區(qū)變電所，項目所用蒸汽利用泰山石化蒸汽余量敷設(shè)一條的蒸汽管線，消防用水依托港區(qū)消防泵站。

煙臺港西港區(qū)專用鐵路工程油品裝卸站項目情況及工藝流程如下。

1.1 原油/燃料油裝車

原油裝車線自泰山石化公司5#罐組的2個DN450裝船線甩頭起，設(shè)置2根DN500的原油/燃料油管道，經(jīng)泰山石化公司裝卸車區(qū)東側(cè)管廊，沿疏港大道南側(cè)的綠化帶，穿越涵洞，到達(dá)裝車棧臺。

鐵路油品裝卸站棧橋為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，棧橋兩端和沿棧橋每隔60～80 m設(shè)置上下棧橋扶梯，共12個。棧橋兩側(cè)各布置57個原油/燃料油裝車鶴位，每個鶴位間距12 m，以適應(yīng)1整列57節(jié)原油油罐車裝車作業(yè)。每個裝車鶴管配置1套定量裝車系統(tǒng)，定量裝車系統(tǒng)只做定量控制。裝車棧橋兩側(cè)同時進(jìn)行裝車作業(yè)的最大效率約2 500 m3/h，可以滿足棧橋每側(cè)約15臺鶴管同時裝車。

1.2 工藝流程

(1) 油品裝車工藝流程：陸域罐區(qū)→裝車泵→工藝管線→裝卸鶴管→火車槽車。

(2) 油氣回收流程：火車槽車→氣相回收管→油氣回收裝置→油罐。

2 項目配置方案

2.1 裝車鶴管

本工程工藝方案為小鶴管方案，間距12 m布置在裝車棧橋上(圖1)。鶴管旋轉(zhuǎn)接頭采用雙滾道支承結(jié)構(gòu)，設(shè)有平衡裝置，實現(xiàn)臂的操作輕便靈活，降低勞動強(qiáng)度。鶴管可以實現(xiàn)水平方向、垂直方向范圍的回轉(zhuǎn)，輕松實現(xiàn)與罐車對接，并設(shè)有鎖死裝置，在鎖死狀態(tài)下使鶴管轉(zhuǎn)回與棧橋長度方向平行，達(dá)到防風(fēng)目的。整個鶴管采用防靜電設(shè)計，并具有油氣回收功能，裝車時實現(xiàn)密閉操作，油氣收集管采用軟管連接。鶴管密封帽為溢油探測器預(yù)留開口，并做好密封措施。

圖1 鶴管12 m間隔布置

2.2 定量裝車系統(tǒng)

每個鶴位布置一套定量裝車控制系統(tǒng)，對鶴管的裝油量進(jìn)行控制。定量裝車控制系統(tǒng)采用集散式結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場定量裝車控制設(shè)備和監(jiān)控管理上位機(jī)構(gòu)成，采用穩(wěn)定可靠的工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)(圖2)。現(xiàn)場定量裝車設(shè)備包括批量控制儀、流量計、電動調(diào)節(jié)閥和溢油靜電保護(hù)器等設(shè)備組成。設(shè)置就地發(fā)油和遠(yuǎn)程發(fā)油兩種發(fā)油方式。定量裝車系統(tǒng)與本工程控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)和信號的傳輸。

圖2 定量裝車系統(tǒng)圖

(1) 批量控制儀是定量裝車控制系統(tǒng)的現(xiàn)場核心。在裝車過程中，需要實時檢測流量、溫度(原油/燃料油)、接地等參數(shù)，對閥門和泵進(jìn)行控制。在這一過程中，要求實時性強(qiáng)，單憑人工是很難達(dá)到的。本工程采用PLC控制的批量裝車控制儀將計算機(jī)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，實現(xiàn)裝車過程的分散控制與集中管理。

(2) 在本系統(tǒng)中，電動O型調(diào)節(jié)球閥作流量控制閥門用，用于原油/燃料油裝車的閥門(圖3)。裝車初始階段，實現(xiàn)小流量裝車，防止大流量產(chǎn)生靜電危險；當(dāng)裝車到一定量后，實現(xiàn)正常流量裝車；裝車結(jié)束階段逐漸小流量，實現(xiàn)小流量裝車，防止管道產(chǎn)生水擊。當(dāng)閥門在小開度時，流量變化平穩(wěn)，控制精確。保證物料裝車鶴管出口未完全浸入液面之前，管口流速應(yīng)限制在1 m/s 以內(nèi)；裝車鶴管出口完全浸入液面后，小鶴管出口流速不得大于 7 m/s 。

圖3 電動調(diào)節(jié)閥及流量計

(3) 靜電接地夾具有一對合金鋼破漆針，能很好地穿透槽車表面的污垢，保證接地良好。防溢開關(guān)安裝于裝車鶴管的垂管位置，其目的是用來監(jiān)測物料灌裝時允許達(dá)到的最高點，一旦液位達(dá)到這允許的最高點，傳感器就會給出“反應(yīng)”，告知系統(tǒng)該艙位如繼續(xù)灌裝，將可能發(fā)生溢出。

定量裝車儀在接收到上位機(jī)下單或者現(xiàn)場輸入裝車數(shù)量后,開始進(jìn)行自檢并檢測現(xiàn)場靜電和液位開關(guān)的狀態(tài),待一切正常后,現(xiàn)場按啟動按鈕開始裝車,控制儀自動開啟裝車閥，裝車閥為兩段控制，正常先開啟一段為小流量，流量計開始計量。待流量穩(wěn)定后在開啟第二段為全開狀態(tài)，開始正常裝車，待裝車達(dá)到設(shè)定提前量，裝車閥開始關(guān)閉，當(dāng)裝車達(dá)到最后設(shè)定提前量或高液位時，關(guān)閥，裝車結(jié)束。關(guān)閥流程按分段關(guān)閉控制。

聯(lián)鎖報警功能是基于安全方面考慮的，分為靜電接地聯(lián)鎖和高位報警聯(lián)鎖兩部分。裝車時由于介質(zhì)都是易燃易爆品，在裝車過程中易產(chǎn)生靜電，如果不及時接地釋放，靜電累積會產(chǎn)生危險。本系統(tǒng)的靜電接地聯(lián)鎖報警就是基于此而設(shè)計的。它通過靜電接地夾將裝車的車體與大地連接，將產(chǎn)生的靜電及時釋放，系統(tǒng)實時檢測車體與大地的連接情況，如果發(fā)現(xiàn)接地不良，立即停止裝車并報警。高位報警通過安裝在鶴管密封帽下的防溢開關(guān)實現(xiàn)。當(dāng)裝車量超高導(dǎo)致液位開關(guān)動作時，防溢開關(guān)輸出信號給裝車控制儀，裝車控制儀立即停止裝車并發(fā)出聲光報警。

2.3 控制系統(tǒng)(SCADA)與安全儀表系統(tǒng)(SIS)

本工程控制系統(tǒng)主要控制：火車裝車線電動閥門及配套設(shè)施的控制，管線溫度、壓力及掃倉罐液位檢測；火車裝車線與罐區(qū)管線的緊急切斷閥、切斷閥、清管閥等設(shè)備的控制，上述區(qū)域管線溫度、壓力檢測；與泰山石化罐區(qū)裝車泵的連鎖控制、啟停控制、流量設(shè)定要求等；還包括火車裝卸車鶴位的急停控制。預(yù)留火車裝車線與其他五個罐區(qū)的控制接口及連鎖控制。

為保證火車裝車系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)的可靠性，中央控制站采用PC服務(wù)器和操作站方案；PLC采用熱備冗余方案，即CPU、電源、通訊模塊和機(jī)架冗余；火車裝車系統(tǒng)自動化控制系統(tǒng)的以太網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用冗余光纖介質(zhì)。控制系統(tǒng)供電采用UPS供電。

本工程安全度等級經(jīng)評定為SIL3，據(jù)此設(shè)置SIS系統(tǒng)。SIS一般采用多重冗余結(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)的硬件故障裕度，單一故障不會導(dǎo)致SIS安全功能喪失，可以監(jiān)測生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的或者潛伏的危險，發(fā)出告警信息或直接執(zhí)行預(yù)定程序，立即進(jìn)入操作，防止事故的發(fā)生、降低事故帶來的危害及其影響。

本工程SIS安全儀表系統(tǒng)操作的單元為緊急切斷閥及其ESD按鈕、庫區(qū)分?jǐn)嚅yESD按鈕和棧橋區(qū)域的ESD按鈕。位于中控制的SIS操作臺上設(shè)置緊急切斷閥的ESD按鈕。現(xiàn)場的輸入信號全部接入中控制設(shè)備間的SIS系統(tǒng)機(jī)柜，經(jīng)安全繼電器隔離后接入SIS系統(tǒng)。安全繼電器輸出兩路信號，一路進(jìn)SIS系統(tǒng)，另一路接入工藝控制系統(tǒng)PLC機(jī)柜。消防與火災(zāi)報警與自控系統(tǒng)連接后 ，輸出緊急報警接點給SIS系統(tǒng)，實現(xiàn)聯(lián)動；系統(tǒng)除設(shè)有監(jiān)控操作站外，還與自控系統(tǒng)平臺傳輸數(shù)據(jù)，在SCADA系統(tǒng)中形成統(tǒng)一化監(jiān)控，同時SCADA集成SIS監(jiān)控界面，并與泰山石化庫區(qū)DCS系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)互通，與煙臺港危化品管理平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接。

2.4 原庫區(qū)變頻改造及控制系統(tǒng)連接

本工程依托泰山石化庫區(qū)作為物料來源，庫區(qū)油泵為裝船泵，兼顧用作原油裝車泵存在以下問題：①原裝船泵為大流量高揚(yáng)程機(jī)泵不適合裝車要求；②原裝船泵工頻定速電機(jī)出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，輸油泵通過出口節(jié)流閥做大量無用功，既浪費電能，又縮短了輸油泵機(jī)組的維護(hù)周期和使用壽命；③工頻電機(jī)直接啟動時，啟動電流為額定電流的6～7倍，對設(shè)備和供電電網(wǎng)造成較大沖擊，對電網(wǎng)容量要求高。

針對以上情況，對泰山石化庫區(qū)裝船泵進(jìn)行變頻改造，增設(shè)變頻器等設(shè)備，并把油泵電機(jī)由工頻電機(jī)改造為變頻電機(jī)。同時，在變頻器系統(tǒng)的PLC中，集成變頻器的控制程序，盡量減少對泰山石化控制系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化。在本工程SCADA系統(tǒng)和泰山石化DCS系統(tǒng)之間敷設(shè)光纜，使兩個系統(tǒng)形成通信連鎖，以實現(xiàn)原油火車裝車工藝流程的啟停控制。

2.5 油氣回收系統(tǒng)

為了保護(hù)環(huán)境，減少大氣污染，按照《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31570-2015)要求，在鐵路裝卸站東側(cè)設(shè)置一套油氣回收處理系統(tǒng)，用于處理原油/燃料油和成品油裝車時產(chǎn)生的油氣。油氣回收最大處理能力3 000 m3/h,油氣去除效率≥97%。油品裝車時，油氣首先經(jīng)過脫硫裝置后進(jìn)入油氣回收設(shè)施處理。

油氣回收處理裝置是通過冷凝、焚燒等方法將裝卸過程中揮發(fā)排放的油氣回收處理的裝置，冷凝屬于回收類處理技術(shù)，焚燒屬于去除類處理技術(shù)。目前多采用組合工藝方法以有效達(dá)到污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。本工程油氣回收工藝方案采用冷凝+焚燒組合工藝，焚燒所需要的助燃?xì)庥蒐PG氣罐撬組提供。

本工程油氣回收系統(tǒng)分為冷凝壓縮撬組、LPG液化氣撬組和廢氣焚燒撬組，以及一套配電和控制系統(tǒng)(圖4)。

圖4 油氣回收系統(tǒng)

系統(tǒng)自帶的PLC控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)獨立的全自動無人值守式控制，并具有遠(yuǎn)程控制接口，能夠與SCADA控制系統(tǒng)進(jìn)行信號傳輸，以便控制系統(tǒng)對油氣回收工作狀態(tài)的檢測，和系統(tǒng)故障狀態(tài)下的連鎖控制。

3 結(jié)束語

依托各種先進(jìn)可靠的工藝設(shè)備系統(tǒng)和穩(wěn)定的PLC控制系統(tǒng)之間的相互配合，成功實現(xiàn)了煙臺港西港區(qū)專用鐵路工程的原油裝火車工藝，同時達(dá)到了安全、高效和綠色環(huán)保的目的。