(中國石化中原油田分公司天然氣處理廠，河南濮陽 457162)

1 引言

為提高資源利用率，油田伴生氣一般通過氣體處理裝置進(jìn)行處理，產(chǎn)品一般包括液態(tài)丙烷、液態(tài)丁烷、液態(tài)正丁烷、液態(tài)異丁烷、液態(tài)高純異丁烷，而這些液化單體烴大多是通過充裝站充裝系統(tǒng)充裝后外銷，早期建設(shè)的充裝站雖然在嚴(yán)格落實各項安全生產(chǎn)規(guī)章制度，規(guī)范安全管理工作的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了安全平穩(wěn)運行，但隨著國家對液化單體烴充裝技術(shù)的要求以及人們安全意識的提高，一些舊的充裝技術(shù)已不能滿足現(xiàn)代化安全充裝技術(shù)的要求。我廠充裝站以前主要存在以下幾個問題:①缺少質(zhì)量計量控制裝置，不具備現(xiàn)場和遠(yuǎn)程控制、監(jiān)視功能，導(dǎo)致充裝效率低、損耗大、操作人員勞動強度大;②缺少防超裝和超裝報警裝置，不具備緊急停車功能;③原充裝站采用充裝軟管進(jìn)行充裝，存在著抗高壓性能差、易老化、易磨損等缺點，易受外界高熱、高寒和陽光強烈照射的影響而出現(xiàn)爆管現(xiàn)象;④原靜電接地保護(hù)系統(tǒng)老化較為嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)誤報警。

為了減少液化單體烴充裝過程中可能出現(xiàn)的安全隱患和環(huán)境污染、克服人工操作、管理帶來的弊端，提高儲運管理作業(yè)的效率和企業(yè)的整體效益，對充裝系統(tǒng)開展討論、研究，通過開發(fā)并應(yīng)用多項安全充裝技術(shù)，解決了液化單體烴充裝過程中存在的問題，建立了國內(nèi)安全性能高、充裝精度高、自動化程度高的液化單體烴充裝站。

2 多項充裝技術(shù)

2.1 自動充裝系統(tǒng)

2.1.1 自動充裝系統(tǒng)流程

充裝站原充裝系統(tǒng)的硬件配置基本相同，均采取上游閘閥→過濾器→腰輪流量計(無遠(yuǎn)傳功能)→下游閘閥、裝車回流閥和充裝軟管的工藝流程。

這種充裝系統(tǒng)完全依靠人工手動操作，不能做到現(xiàn)場和遠(yuǎn)程兩項控制、監(jiān)視功能以及充裝系統(tǒng)緊急切斷功能的要求。同時，輕烴產(chǎn)品的充裝量計量要求為質(zhì)量值，而該充裝系統(tǒng)只能顯示充裝量的體積值，需要操作人員根據(jù)當(dāng)時溫度下產(chǎn)品密度進(jìn)行換算，這使得該充裝系統(tǒng)效率低、精度差、易出現(xiàn)的超裝(超壓)事故。

通過對現(xiàn)有充裝系統(tǒng)流程的調(diào)研，采用自動充裝系統(tǒng)(見圖1)來解決原系統(tǒng)存在的問題。輕烴產(chǎn)品裝車過程中保持液態(tài)，泵出口壓力基本穩(wěn)定，因此，產(chǎn)品壓力對密度產(chǎn)生的影響可以不考慮，產(chǎn)品溫度是影響密度的重要因素。充裝產(chǎn)品的質(zhì)量流量只與產(chǎn)品溫度和產(chǎn)品體積流量有直接關(guān)系。因此，在新充裝系統(tǒng)增加了溫度檢測點。

圖1 新充裝系統(tǒng)流程示意圖

2.1.2 自動充裝控制系統(tǒng)

現(xiàn)在液化單體烴產(chǎn)品自動充裝控制系統(tǒng)多采用兩種方式:一是采用可編程邏輯控制器(PLC)的集中式充裝控制系統(tǒng)，二是采用批量控制器的分布式充裝控制系統(tǒng)。

集中式充裝控制系統(tǒng)的工作過程是采用信號電纜將現(xiàn)場設(shè)備的檢測、控制信號送入中控室的控制系統(tǒng)模塊，由可編程邏輯控制器(PLC)將所有功能進(jìn)行集中，控制室中的主控制計算機和PLC的CPU實現(xiàn)全部信號的采集、顯示、運算和控制。這種系統(tǒng)擴展方便、功能靈活，只能集中在控制室進(jìn)行自動化充裝操作，現(xiàn)場人員無法實現(xiàn)自動控制;在現(xiàn)場裝車位較少的情況下，系統(tǒng)一次性投入成本略高;系統(tǒng)電纜使用較多，施工工程量較大。

分布式充裝控制系統(tǒng)的工作過程是采用在現(xiàn)場的批量控制器對每個裝車位進(jìn)行檢測、運算和控制。批量控制器與控制室的操作站進(jìn)行總線通訊，以實現(xiàn)分散控制/集中管理。該系統(tǒng)的批量控制器能夠完成裝車數(shù)據(jù)輸入，監(jiān)控裝車過程，記錄裝車數(shù)據(jù)，現(xiàn)場完成參數(shù)的設(shè)置和修改等功能。

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場、遠(yuǎn)程兩種自動裝車方式;系統(tǒng)電纜使用較少，施工工程量較小;在裝車車位較少的情況下，該系統(tǒng)一次性投入成本略低。但該系統(tǒng)也存在擴展成本較高、功能不夠靈活等缺點。

通過比較，結(jié)合現(xiàn)場實際情況采用批量控制器的分布式充裝控制系統(tǒng)不但適合充裝站充裝車位較少的現(xiàn)狀，而且能夠滿足《承壓汽車罐車充裝站專項整治標(biāo)準(zhǔn)》中“實現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程兩項控制、監(jiān)視功能”的要求。因此，充裝系統(tǒng)采用分布式充裝控制系統(tǒng)。

2.1.3 充裝控制系統(tǒng)功能

通過對充裝站充裝流程和人員操作的研究，對充裝控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行了確定。應(yīng)用于液化單體烴充裝站的充裝控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能:①定量充裝:可以預(yù)先設(shè)定充裝量，當(dāng)累計流量達(dá)到設(shè)定值時，系統(tǒng)發(fā)出信號控制裝車閥進(jìn)行關(guān)閉。②質(zhì)量流量顯示:充裝過程中，設(shè)定充裝值和充裝流量值均顯示為質(zhì)量值。③靜電接地控制:在充裝過程中，靜電接地不能達(dá)到要求時，立即發(fā)出信號停止裝車并發(fā)出聲光報警。④兩種工作方式:分為本地和遠(yuǎn)程。本地工作方式即操作人員在現(xiàn)場進(jìn)行充裝參數(shù)的輸入和充裝狀態(tài)的監(jiān)控;遠(yuǎn)程工作方式即操作人員在控制室進(jìn)行充裝參數(shù)的輸入和充裝狀態(tài)的監(jiān)控。⑤防止超裝:采用提高充裝精度和裝車閥門提前關(guān)閉的方式，避免超裝(超壓)事故的發(fā)生。⑥緊急切斷:在緊急情況下，操作人員在現(xiàn)場和操作室均能停止產(chǎn)品充裝，保證現(xiàn)場安全。

2.2 萬向管道充裝系統(tǒng)

萬向充裝管道系統(tǒng)由多個旋轉(zhuǎn)接頭、多節(jié)管徑相同或不同、長短不一的管道、管件、球閥、法蘭、快裝接頭、松套法蘭、防靜電裝置、彈簧缸平衡裝置等組成的管道系統(tǒng)，可實現(xiàn)一組管道在三維空間完成指定運動。該萬向充裝管道系統(tǒng)廣泛用于汽車槽車、火車槽車等的流體裝卸。

萬向充裝管道系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)動靈活、密封性好的特點，在液氨、液化石油氣、液化天然氣等液化危險化學(xué)品的槽車充裝環(huán)節(jié)，可以達(dá)到既安全、環(huán)保的輸送流體介質(zhì)，又杜絕了軟管在充裝液化危險化學(xué)品中經(jīng)常發(fā)生的爆管所造成的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、安全環(huán)保等事故。通過對各種萬向充裝管道系統(tǒng)的研究，用于液化單體烴充裝站的萬向充裝管道系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:①萬向充裝管道系統(tǒng)充裝臂必須有良好三維運動的靈活性。②萬向充裝管道有良好的靜電導(dǎo)出裝置，能有效地消除裝卸作業(yè)中因液體流動產(chǎn)生的靜電電荷，提高了液化單體烴充裝的安全性。③萬向充裝管道系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)接頭應(yīng)有良好的自潤滑性和耐磨性，并能在磨損時實現(xiàn)自補償，保證系統(tǒng)長期使用后的密封性和安全可靠性。④萬向充裝管道系統(tǒng)操作輕便省力，可減輕裝車工人的勞動強度。

2.3 靜電接地控制系統(tǒng)

液化單體烴產(chǎn)品充裝過程中會產(chǎn)生靜電，如果靜電得不到有效的控制就有可能釀成重大事故。現(xiàn)在對危險化學(xué)品充裝過程中產(chǎn)生的靜電危害，主要采用的是靜電接地法。靜電接地是消除導(dǎo)體上靜電簡單又有效的方法，是防止靜電的最基本的措施。

靜電接地控制系統(tǒng)主要由控制器(帶聲光報警)、靜電接地夾、工作狀態(tài)板、接地線、安全隔離器等組成。它利用靜電接地夾自動檢測罐車的接地狀況，罐車與接地極之間的回路電阻超過規(guī)定阻值后立即發(fā)出聲光報警信號，供現(xiàn)場人員及時了解系統(tǒng)工作狀況。

通過對各種靜電接地控制系統(tǒng)的研究，液化單體烴充裝站的靜電接地控制系統(tǒng)應(yīng)滿足以下方面要求:①靜電接地控制系統(tǒng)能夠有效地將充裝過程中產(chǎn)生的靜電導(dǎo)入接地極;②靜電接地控制系統(tǒng)能夠發(fā)送報警信號控制自動充裝控制系統(tǒng);③靜電接地控制系統(tǒng)性能穩(wěn)定，工作可靠。

3 現(xiàn)場實施效果

2008年，對充裝站進(jìn)行了全面改造。通過近年來這充裝站的運行來看，新液化單體烴充裝系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全可靠。該充裝系統(tǒng)的應(yīng)用提高了單體烴充裝計量精度，實現(xiàn)現(xiàn)場和遠(yuǎn)程控制、監(jiān)視功能，提高充裝效率、減少充裝損耗、減輕操作人員勞動強度;防超裝和超裝報警裝置杜絕了人工操作容易出現(xiàn)的超裝事故;緊急停車功能實現(xiàn)了緊急情況下的自動保護(hù);萬向充裝管道系統(tǒng)解決了充裝軟管存在的安全隱患問題;先進(jìn)的靜電接地保護(hù)系統(tǒng)提高液化單體烴充裝安全性。實現(xiàn)了充裝站安全平穩(wěn)運行，提高了經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。

4 結(jié)論

將液化單體烴自動充裝控制系統(tǒng)應(yīng)用于液化單體烴充裝站，摒棄了原液化單體烴充裝系統(tǒng)繁雜的手動操作模式，實現(xiàn)了充裝過程的自動監(jiān)控管理，提升了充裝站設(shè)施技術(shù)水平和系統(tǒng)本質(zhì)化安全水平;創(chuàng)造性地將靜電接地控制系統(tǒng)與自動充裝控制系統(tǒng)相融合，當(dāng)液化單體烴充裝過程中產(chǎn)生的靜電不能及時釋放時，可以使自動充裝控制系統(tǒng)無法啟動，杜絕可能出現(xiàn)的事故，提高了裝車安全性。在萬向充裝管道系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用中，根據(jù)現(xiàn)場情況，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)性改進(jìn)，減少了液化單體烴現(xiàn)場損耗，更加符合現(xiàn)場的安全要求。

［1］陳洪全，岳 智.儀表工程施工手冊［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］陸德民，張振基，黃步余，等.石油化工自動控制設(shè)計手冊.第3版［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.