李堯堯

摘要：化工產(chǎn)品裝車是精細化工企業(yè)生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。以國內(nèi)某精細化工公司新建項目危險化學品裝車為例，根據(jù)該產(chǎn)品的總體銷售計劃及生產(chǎn)能力，并結(jié)合該產(chǎn)品物料特性確定了合理的裝車流程。該系統(tǒng)主要是為了提高裝車的效率、保證發(fā)貨精度、保障裝車作業(yè)的安全、降低人工成本，最大限度地減少

人為因素引發(fā)的各種事故。本文根據(jù)工藝流程，對定量裝車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場儀表的組成以及安全聯(lián)鎖措施的設計進行了介紹。

關鍵詞：化工;自動化儀表;定量裝車系統(tǒng);PLC

1定量裝車控制系統(tǒng)組成

定量裝車系統(tǒng)由上位機、批量控制器、和現(xiàn)場儀表以及電氣設備、物料儲罐、裝車鶴管、裝車泵、氣體緩沖罐以及其他安全設施等組成 。本文主要介紹定量裝車系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)即定量裝車控制系統(tǒng)，其主要包括：上位機、批量控制器、和現(xiàn)場儀表三部分。此外由于本套定量裝車系統(tǒng)涉及有毒氣體，為防止有毒氣體泄漏造成人員中毒，本套定量裝車系統(tǒng)設置有單獨GDS系統(tǒng)。

1.1批量控制器

批量控制器是定量裝車系統(tǒng)的核心控制設備，批量控制器是定量裝車控制系統(tǒng)的大腦，類似于電腦的CPU處理器，對整體裝車流程進行控制。并設有安全保護聯(lián)鎖程序，也可以實時顯示當前裝車過程，使現(xiàn)場人員了解充裝過程，并讀取現(xiàn)場操作動作包括：單號輸入、啟動裝車及停止裝車等。本次批量控制器采用浙大中控G3系列PLC控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)所有邏輯聯(lián)鎖程序均由PLC實現(xiàn)，流量計信號、防靜電信號、壓力信號、液位開關信號、液位計信號、氣動閥門控制信號、裝車泵遠程控制信號均進入PLC控制系統(tǒng)。

1.2上位機系統(tǒng)

本套定量裝車系統(tǒng)的上位機采用昆侖通態(tài)10寸觸摸屏，觸摸屏與PLC之間相互通訊，以便現(xiàn)場操作人員能實時讀取儀表信號和發(fā)出控制指令。另外本套系統(tǒng)將上位機系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過RS485通訊接口與中央控制DCS系統(tǒng)進行聯(lián)網(wǎng)實時通訊，以便中央控制室人員對現(xiàn)場裝車情況進行監(jiān)控，遠程DCS系統(tǒng)對現(xiàn)場裝車系統(tǒng)只有監(jiān)控功能，不進行控制。DCS系統(tǒng)具有OPC功能，可以將現(xiàn)場裝車實時情況上傳至企業(yè)ERP系統(tǒng)。

1.3現(xiàn)場儀表

裝車系統(tǒng)現(xiàn)場儀表主要包括：壓力變送器、質(zhì)量流量計、靜電接地報警器、磁翻板液位計、音叉液位開關、氣動切斷閥。

1.4 GDS系統(tǒng)

GDS系統(tǒng)包括氣體探測器和報警控制單元，基于2014年國家安監(jiān)總局下發(fā)的《國家安全監(jiān)管總局關于加強化工安全儀表系統(tǒng)管理的指導意見》（安監(jiān)總管三[2014]第116號）中第四章第十一條明確要求“嚴格按照相關標準設計和實施有毒有害和可燃氣體檢測保護系統(tǒng)，為確保其功能可靠，相關系統(tǒng)應獨立于基本過程控制系統(tǒng)”。且相關國家標準《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計標準》GB/T50493–2019第3.0.8條“可燃氣體和有毒氣體檢測報警系統(tǒng)應獨立于其他系統(tǒng)單獨設置”。因此現(xiàn)場有毒氣體報警探測器的信號并未直接進入現(xiàn)場PLC系統(tǒng)，信號直接進入獨立GDS系統(tǒng)?，F(xiàn)場氣體探測器采用電化學式有毒氣體探頭。

2、工藝流程及系統(tǒng)設計

2.1PID流程

在裝置儲罐與裝車泵之間設置一條物料管線，由裝車泵輸送至裝車鶴管，裝車出售，并將鶴管氣相管道與儲罐氣相空間相通。此外整個系統(tǒng)設置有氮氣保護系統(tǒng)。

具體工藝流程如下圖所示。

2.2裝車系統(tǒng)供電

按照《儀表供電設計規(guī)范》HG/T20509-2014規(guī)定“儀表電源負荷分級的劃分應符合現(xiàn)行國家標準《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》GB50052-2009自規(guī)定，儀表電源負荷可分為兩個等級，即一級負荷中特別重要的負荷和三級負荷。儀表電源負荷屬于一級負荷中特別重要的負荷時，應采用 UPS”。在大多數(shù)情況下，儀表用電負荷屬于一級負荷中特別重要的負荷。這類負荷在電源中斷后會打亂生產(chǎn)過程，造成設備損壞和人身傷害事故，并造成經(jīng)濟損失，需要設置 UPS 。因此本項目批量控制系統(tǒng)及現(xiàn)場儀表供電均采用UPS后備電源供電，后備時間為30min。且批量控制器停電后會保存上個裝車數(shù)據(jù)，上電后可繼續(xù)裝車。

2.3流量計

流量計的精度和穩(wěn)定性直接影響整個裝車系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定。因此本項目采用進口品牌艾默生高精度科里奧利質(zhì)量流量計，計量精度為0.1%FS，流量計輸出信號為兩路4～20mA+HART。批量控制器采集其兩路4～20mA模擬信號，其中一路4～20mA模擬信號用于完成對裝車量的實時計量，另外一路4～20mA模擬信號用于監(jiān)控物料密度。HART信號用于調(diào)試與日常檢維修。

2.4控制閥

由于裝車過程無需調(diào)節(jié)流量大小因此本套定量裝車系統(tǒng)閥門主要采用開關閥。從能源驅(qū)動來分類開關閥可以分為氣動、電動、液動三大類。從失能位置來分類可以分為發(fā)生故障時閥門處于開的位置（FO）、發(fā)生故障時閥門處于關的位置（FC）、發(fā)生故障時閥門處于保持原有狀態(tài)位置（FL）?？紤]本質(zhì)安全本次選用的開關閥為單作用氣開閥（FC），當閥門失去氣源或電源時自動關閉，防止物料溢出。

2.5靜電接地報警器

靜電接地報警器是專用于車輛、容器等金屬類靜電安全釋放的報警裝置，當容器或車輛需要釋放靜電時，將報警器一端夾在容器或車輛，另一端夾住接地樁或與接地網(wǎng)絡連線，即可進行靜電安全轉(zhuǎn)移、釋放，當沒有正確連接或通路不暢時設備會自動發(fā)出持續(xù)性蜂鳴聲，并有遠傳開關量信號至批量控制器報警、聯(lián)鎖。

2.6液位開關

本套定量裝車控制系統(tǒng)在裝車氣相鶴管上安裝有一個液位開關，并在氣相緩沖罐上也安裝有一個液位開關，當檢測到有液位時報警并聯(lián)鎖停止裝車，主要作用是確保異常工況下的液體物料進入氣相管道。另外在裝車泵入口設置有一個液位開關用于泵的保護。本次液位開關采用進口品牌音叉式液位開關，音叉液位開關是物位控制開關中使用范圍較為廣泛的一種。常用于化工產(chǎn)品生產(chǎn)中原料儲罐、槽罐、反應釜的液位監(jiān)測，以及泵保護系統(tǒng)中管道液位監(jiān)測。音叉液位開關采用壓電器件實現(xiàn)叉體的振動驅(qū)動與檢測。當叉體與被測液體接觸時，叉體的諧振頻率明顯降低，振動頻率的變化直接反應在壓電檢測器件的輸出信號上，檢測電路對頻率的變化進行判別并輸出一個開關信號。

2.7其他儀表

本套定量裝車系統(tǒng)涉及的其他儀表如：在裝車泵出口處設置的壓力變送器用于測量泵出口壓力，監(jiān)測裝車泵運行狀態(tài)。在氣相緩沖罐上設置有一個磁翻板液位計用于和氣相緩沖罐液位開關冗余。

2.8聯(lián)鎖措施

本系統(tǒng)采用多重保護措施，以防止裝車過程可能導致泄漏、爆炸、火災、中毒事故。監(jiān)測到異常情況停泵關閥，且考慮在批量控制器組態(tài)中設定適當?shù)年P閥延時時間，防止停止裝車時管道憋壓。具體聯(lián)鎖措施如下：

1、裝車泵進口管低液位開關顯示空液位時，停止裝車泵，延時10s關閉裝車泵出口切斷閥;

2、裝車尾氣緩沖罐進口管高液位開關顯示有液位時，停止裝車泵，延時10s關閉裝車泵出口切斷閥;

3、裝車尾氣緩沖罐液位高于設定值時，停止裝車泵，延時10s關閉裝車泵出口切斷閥;

4、裝車泵功率低于設定值時，，停止裝車泵，延時10s關閉裝車泵出口切斷閥;

5、裝車泵出口瞬時流量小于設定值時，停止裝車泵，延時10s關閉裝車泵出口切斷閥;

6、裝車泵出口流量累計值大于設定值時，停止裝車泵，延時10s關閉裝車泵出口切斷閥。

聯(lián)鎖關系見下圖。

4結(jié)束語

總之，定量裝車控制系統(tǒng)相對于人工裝車人工記賬而言，明顯提高了裝車效率減輕了工作負擔，提高了交付的精確度。從安全角度看定量裝車控制系統(tǒng)具備遠程監(jiān)控功能，聯(lián)鎖保護措施完備，提高了自動化水平，減少了事故的發(fā)生幾率，降低了生產(chǎn)風險。批量控制器的無流量報警停車功能，能防止泵長時間空轉(zhuǎn)而損壞，從而降低了企業(yè)的維護成本。靜電溢流報警停車功能，使得發(fā)生火災等突發(fā)狀況時可以實時啟用緊急停車功能，保證了自動裝車的安全性。上位機軟件和批量控制器良好的人機界面降低了操作工的使用門檻。裝車系統(tǒng)的遠程實時監(jiān)控使企業(yè)領導層能夠?qū)崟r掌握裝車進度，有助于根據(jù)企業(yè)的總體戰(zhàn)略調(diào)配資源以實現(xiàn)效率最大化。

參考文獻

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