多项充装技术在液化单体烃充装系统中的应用

(中国石化中原油田分公司天然气处理厂，河南濮阳 457162)

1 引言

为提高资源利用率，油田伴生气一般通过气体处理装置进行处理，产品一般包括液态丙烷、液态丁烷、液态正丁烷、液态异丁烷、液态高纯异丁烷，而这些液化单体烃大多是通过充装站充装系统充装后外销，早期建设的充装站虽然在严格落实各项安全生产规章制度，规范安全管理工作的基础上实现了安全平稳运行，但随着国家对液化单体烃充装技术的要求以及人们安全意识的提高，一些旧的充装技术已不能满足现代化安全充装技术的要求。我厂充装站以前主要存在以下几个问题:①缺少质量计量控制装置，不具备现场和远程控制、监视功能，导致充装效率低、损耗大、操作人员劳动强度大;②缺少防超装和超装报警装置，不具备紧急停车功能;③原充装站采用充装软管进行充装，存在着抗高压性能差、易老化、易磨损等缺点，易受外界高热、高寒和阳光强烈照射的影响而出现爆管现象;④原静电接地保护系统老化较为严重，经常出现误报警。

为了减少液化单体烃充装过程中可能出现的安全隐患和环境污染、克服人工操作、管理带来的弊端，提高储运管理作业的效率和企业的整体效益，对充装系统开展讨论、研究，通过开发并应用多项安全充装技术，解决了液化单体烃充装过程中存在的问题，建立了国内安全性能高、充装精度高、自动化程度高的液化单体烃充装站。

2 多项充装技术

2.1 自动充装系统

2.1.1 自动充装系统流程

充装站原充装系统的硬件配置基本相同，均采取上游闸阀→过滤器→腰轮流量计(无远传功能)→下游闸阀、装车回流阀和充装软管的工艺流程。

这种充装系统完全依靠人工手动操作，不能做到现场和远程两项控制、监视功能以及充装系统紧急切断功能的要求。同时，轻烃产品的充装量计量要求为质量值，而该充装系统只能显示充装量的体积值，需要操作人员根据当时温度下产品密度进行换算，这使得该充装系统效率低、精度差、易出现的超装(超压)事故。

通过对现有充装系统流程的调研，采用自动充装系统(见图1)来解决原系统存在的问题。轻烃产品装车过程中保持液态，泵出口压力基本稳定，因此，产品压力对密度产生的影响可以不考虑，产品温度是影响密度的重要因素。充装产品的质量流量只与产品温度和产品体积流量有直接关系。因此，在新充装系统增加了温度检测点。

图1 新充装系统流程示意图

2.1.2 自动充装控制系统

现在液化单体烃产品自动充装控制系统多采用两种方式:一是采用可编程逻辑控制器(PLC)的集中式充装控制系统，二是采用批量控制器的分布式充装控制系统。

集中式充装控制系统的工作过程是采用信号电缆将现场设备的检测、控制信号送入中控室的控制系统模块，由可编程逻辑控制器(PLC)将所有功能进行集中，控制室中的主控制计算机和PLC的CPU实现全部信号的采集、显示、运算和控制。这种系统扩展方便、功能灵活，只能集中在控制室进行自动化充装操作，现场人员无法实现自动控制;在现场装车位较少的情况下，系统一次性投入成本略高;系统电缆使用较多，施工工程量较大。

分布式充装控制系统的工作过程是采用在现场的批量控制器对每个装车位进行检测、运算和控制。批量控制器与控制室的操作站进行总线通讯，以实现分散控制/集中管理。该系统的批量控制器能够完成装车数据输入，监控装车过程，记录装车数据，现场完成参数的设置和修改等功能。

该系统能够实现现场、远程两种自动装车方式;系统电缆使用较少，施工工程量较小;在装车车位较少的情况下，该系统一次性投入成本略低。但该系统也存在扩展成本较高、功能不够灵活等缺点。

通过比较，结合现场实际情况采用批量控制器的分布式充装控制系统不但适合充装站充装车位较少的现状，而且能够满足《承压汽车罐车充装站专项整治标准》中“实现现场和远程两项控制、监视功能”的要求。因此，充装系统采用分布式充装控制系统。

2.1.3 充装控制系统功能

通过对充装站充装流程和人员操作的研究，对充装控制系统的功能进行了确定。应用于液化单体烃充装站的充装控制系统应具备以下功能:①定量充装:可以预先设定充装量，当累计流量达到设定值时，系统发出信号控制装车阀进行关闭。②质量流量显示:充装过程中，设定充装值和充装流量值均显示为质量值。③静电接地控制:在充装过程中，静电接地不能达到要求时，立即发出信号停止装车并发出声光报警。④两种工作方式:分为本地和远程。本地工作方式即操作人员在现场进行充装参数的输入和充装状态的监控;远程工作方式即操作人员在控制室进行充装参数的输入和充装状态的监控。⑤防止超装:采用提高充装精度和装车阀门提前关闭的方式，避免超装(超压)事故的发生。⑥紧急切断:在紧急情况下，操作人员在现场和操作室均能停止产品充装，保证现场安全。

2.2 万向管道充装系统

万向充装管道系统由多个旋转接头、多节管径相同或不同、长短不一的管道、管件、球阀、法兰、快装接头、松套法兰、防静电装置、弹簧缸平衡装置等组成的管道系统，可实现一组管道在三维空间完成指定运动。该万向充装管道系统广泛用于汽车槽车、火车槽车等的流体装卸。

万向充装管道系统具有转动灵活、密封性好的特点，在液氨、液化石油气、液化天然气等液化危险化学品的槽车充装环节，可以达到既安全、环保的输送流体介质，又杜绝了软管在充装液化危险化学品中经常发生的爆管所造成的人员伤亡、经济损失、安全环保等事故。通过对各种万向充装管道系统的研究，用于液化单体烃充装站的万向充装管道系统应满足以下要求:①万向充装管道系统充装臂必须有良好三维运动的灵活性。②万向充装管道有良好的静电导出装置，能有效地消除装卸作业中因液体流动产生的静电电荷，提高了液化单体烃充装的安全性。③万向充装管道系统的旋转接头应有良好的自润滑性和耐磨性，并能在磨损时实现自补偿，保证系统长期使用后的密封性和安全可靠性。④万向充装管道系统操作轻便省力，可减轻装车工人的劳动强度。

2.3 静电接地控制系统

液化单体烃产品充装过程中会产生静电，如果静电得不到有效的控制就有可能酿成重大事故。现在对危险化学品充装过程中产生的静电危害，主要采用的是静电接地法。静电接地是消除导体上静电简单又有效的方法，是防止静电的最基本的措施。

静电接地控制系统主要由控制器(带声光报警)、静电接地夹、工作状态板、接地线、安全隔离器等组成。它利用静电接地夹自动检测罐车的接地状况，罐车与接地极之间的回路电阻超过规定阻值后立即发出声光报警信号，供现场人员及时了解系统工作状况。

通过对各种静电接地控制系统的研究，液化单体烃充装站的静电接地控制系统应满足以下方面要求:①静电接地控制系统能够有效地将充装过程中产生的静电导入接地极;②静电接地控制系统能够发送报警信号控制自动充装控制系统;③静电接地控制系统性能稳定，工作可靠。

3 现场实施效果

2008年，对充装站进行了全面改造。通过近年来这充装站的运行来看，新液化单体烃充装系统运行稳定、安全可靠。该充装系统的应用提高了单体烃充装计量精度，实现现场和远程控制、监视功能，提高充装效率、减少充装损耗、减轻操作人员劳动强度;防超装和超装报警装置杜绝了人工操作容易出现的超装事故;紧急停车功能实现了紧急情况下的自动保护;万向充装管道系统解决了充装软管存在的安全隐患问题;先进的静电接地保护系统提高液化单体烃充装安全性。实现了充装站安全平稳运行，提高了经济效益和安全效益。

4 结论

将液化单体烃自动充装控制系统应用于液化单体烃充装站，摒弃了原液化单体烃充装系统繁杂的手动操作模式，实现了充装过程的自动监控管理，提升了充装站设施技术水平和系统本质化安全水平;创造性地将静电接地控制系统与自动充装控制系统相融合，当液化单体烃充装过程中产生的静电不能及时释放时，可以使自动充装控制系统无法启动，杜绝可能出现的事故，提高了装车安全性。在万向充装管道系统的现场应用中，根据现场情况，对其结构进行了技术性改进，减少了液化单体烃现场损耗，更加符合现场的安全要求。

［1］陈洪全，岳 智.仪表工程施工手册［M］.北京:化学工业出版社，2005.

［2］陆德民，张振基，黄步余，等.石油化工自动控制设计手册.第3版［M］.北京:化学工业出版社，2000.