油品储运自动控制系统设计

周鹏，肖玺(北京联合燃气技术研究发展中心，北京 100029)

油品储运自动控制系统设计

周鹏，肖玺
(北京联合燃气技术研究发展中心，北京 100029)

介绍了罐区SCADA系统及网络结构、系统功能。通过对油品储罐过程仪表及安全仪表等的选用，概述了液位计、液位开关、阀门、可燃气体探测器、火焰探测器、感温光纤等的特点及各自的安装方式。介绍了自动定量装车控制系统自控设计方案，并讨论了汽车上装及下装的控制方式及组成仪表的工作原理，重点讨论了贸易计量中体积流量换算成质量流量的方法和防静电、防溢开关的工作原理。

监控与数据采集系统 油品储罐自动控制 批量控制器 远程测控终端系统 现场通信单元 装车

成品油作为一种不可或缺的能源，消费量在逐年提高，成品油的储存需要大量的储罐，自动化控制水平目前参差不齐，现场仪表的选用也有很大的差别。笔者以上海百联油库为例，将罐区监控与数据采集(SCADA)系统、现场过程仪表的选型进行论述。

1 SCADA系统配置

该油库罐区包括： 汽油罐区、柴油罐区、燃料油罐区，汽车上、下装车系统，火车上装车系统，此外还有码头定量装船系统和消防系统等。罐区采用SCADA系统对工业对象进行实时的本地和远程转换控制，并实时监视其状态，为生产、调度、管理提供必要的数据支持。罐区设置了远程终端控制系统(RTU)，通过Modbus-RTU协议对各个罐区进行数据采集、数据预处理和控制输出，然后数据通过中心控制室机柜间的通信服务器传至对应的操作员工作站，实现相应的操作。油库SCADA系统配置如图1所示。

现场的雷达液位计(包含罐旁指示仪及平均温度计)使用总线通信结构。除了雷达液位计(含平均温度计)的液位、罐内温度等信号直接接入中心控制室的现场通信单元(FCU)，罐区内的其他仪表信号先进入相应罐区的RTU，再通过RS-485传输至中心控制室。采用RTU方式不仅节省了大量的电缆，降低工程成本，减少维护量，同时为系统扩展提供了方便。当罐区扩建时，只需增加相应数量的RTU即可。中心控制室内设置上位机管理控制系统，设有3个操作站及1个工程师站兼操作员站，通过通信网络实现上位机与现场RTU、装车批量控制器、各种配套系统橇块的PLC信息交换。SCADA具有良好的人机界面，能完成各种控制和管理功能，控制方式可靠、简单、高效、方便。

图1 SCADA系统配置示意

2 罐区现场仪表的设计

2.1液位仪表

储罐油品的液位计量通常采用雷达液位计、伺服液位计、磁致伸缩液位计等。液位报警开关通常采用音叉液位开关、浮球液位开关、外贴式的超声波液位开关。该油库的汽、柴油及燃料油储罐液位仪表均选用雷达液位计及其配套的平均温度计(8点)及罐旁指示仪。雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式，电磁波从发射到接收的时间与其到液面的距离成正比，关系式如下：

H=ct/2

式中：H—电磁波到液面的距离；c—光速；t—电磁波运行时间。

雷达液位计的天线形式各异，汽油储罐选用的是静止管阵列形式的雷达天线；柴油储罐及燃料油储罐选用抛物面形式的雷达天线。平均温度计信号传入罐旁指示仪，雷达头以总线方式将信号传入控制室FCU单元，然后通过通信服务器接入罐区管理系统。

储罐类型不同，液位开关的安装方式也不同。外贴式超声波液位开关为非接触式，虽然可以用于任何种类的储罐及油品，安装也相对方便，但其价格较音叉液位开关高；浮球液位开关与音叉液位开关相比，寿命较短，不适宜黏度较大介质，灵敏度较低，因而该油库选用音叉液位开关，安装方式为侧装，并与水平方向呈15°夹角，防止挂料。

2.2阀门

油罐区进出口主要为大口径阀门，为加快动作时间，通常选用气动或电动执行机构的阀门。因燃料油吹扫介质为空气，柴油和汽油吹扫介质为氮气，并且选用了空压机及制氮机橇块，所以该项目中阀门选用了气动执行机构，界区之间设置了紧急切断阀(并配有备用气罐)。阀门信号有故障报警、阀位反馈、远程及就地选择开关。

储罐上安装的音叉液位开关与罐进出口阀门联锁，高位音叉液位开关在系统发出高高限报警时发出一个开关量信号联锁关闭罐根部进油阀门，防止冒罐事故发生；低位音叉液位开关在系统发出低低限报警的同时发出一个开关量信号联锁罐根部出油阀门，防止抽空事故的发生。

2.3安全仪表

当温度高于系统内温度设定值，液位高低位置到达系统设定值，SCADA系统操作员工作站上会显示报警状态，经过人工判断采取必要措施。

安全仪表有火焰探测器、可燃气体探测器，还有罐上的感温仪表(感温电缆、感温光纤)等。火焰探测器主要设置在有可燃气体泄漏或者容易产生火焰的区域，检测原理主要有催化燃烧和红外补偿两种。文中笔者重点讨论罐上感温仪表(感温电缆、感温光纤)的选用。从使用灵敏度分析，感温电缆是利用金属受热变形，发生短路而进行信号报警，长期使用后，弹性钢丝外绝缘材料破裂易发生误报警；而感温光纤由于自身特点，极少发生误报警。从经济角度分析，感温电缆一旦发生报警，自身发生破坏短路，必须更换，而感温光纤寿命较长。因此，该油库选用了感温光纤，当发生报警时，经人工确认火情后与消防系统联动。

3 装车控制系统

3.1装车系统简介

自动定量汽车装车系统具有集中式和分布式两种控制方案，实际应用中多采用分布式，并配置批量控制器。采用分布式批量控制器的装车程序： 1) 业务部发IC卡给需要装车的汽车司机(IC卡属于装车门禁系统)；2) 司机在装车场进厂门卫处刷卡获得装车位置后，大门打开；3) 车开到指定车位刷卡正确后允许装车；4) 放下鹤管、挂好防溢开关、接好防静电接地夹；5) 准备就绪后，设定好预装量，按下批量控制器按钮，批量控制器按照程序先打开相应鹤位的泵，然后打开相应的装车控制阀，到达预装量再关闭装车控制阀然后关泵，完成装车。装车过程中，加油量在批量控制器上显示。正常情况下，装车完毕后装车仪自动关闭阀门及相应泵，油罐汽车到出厂门卫处刷卡打印装车单，将IC卡交回，大门打开即可离开。若在装车过程中位于槽车上部的防溢液位开关动作或连接槽车的防静电接地夹电阻超限，均自动停止装车；如果现场有紧急情况需要停止加油，按停止装油按钮即可停止装油。实际应用中，每个装车台还设有大屏幕显示器，显示装车油品的名称及装车量。典型汽车装车流程如图2所示。

火车装车过程与汽车装车类似，只是装火车站台工艺主管上连接多个鹤位(上装)，同时可以并入多台泵同时为火车槽车装车，其典型工艺流程如图3所示。

图2 汽车装车流程示意

图3 火车装车流程

3.2装车系统仪表的选用

3.2.1流量检测

自动检定装车计量有质量计量和体积计量两种方法，流量计也分为质量流量计和体积流量计。如果检测时使用体积流量计，但贸易交接时采用质量流量作为交接依据，则需要将体积流量折算成质量流量。折算时需要检测管路油品的实际温度，对容积式流量计的计量值进行温度补偿，换算成20 ℃的标准体积流量，再换算成油品的质量流量。换算方法如下：

qm=qV[1-γ(T-20)]ρ20 ℃

式中：qV—瞬时流体的体积流量；γ—管路中流体的体积膨胀系数；T—管路中流体温度；ρ20 ℃—20 ℃时流体密度。

实际工程中，应采用某一时段的累计体积流量进行计算。为保证计量精度，流量计输出信号应为脉冲信号。

3.2.2防静电和防溢开关

1) 防静电开关是自动定量装车实现联锁的关键设备，带接触电阻检测的专用防静电开关有2个探针，一个探针将槽车上的裸钢板直接接地；另一个提供接地电阻检测。当起动装车时，批量控制器先测量接地电阻，若大于100 Ω，则停止装车，上位机同时报警；若小于100 Ω，则按预装量进行自动定量装车。

2) 根据装车方式的不同，防溢开关的安装位置也各不相同。当采用上装车时，电容防溢开关安装在装车鹤管的上部，装车时与鹤管同时插入槽车，安装高度与槽车额定液位相当；当采用下装车时，防溢开关由具有下装口的槽车配带，当装车液位超过额定高度时，防溢开关动作，同时向批量控制器发送中断请求，批量控制器立即关闭阀门，避免物料溢出，上位机同时发出声音报警。

3.2.3两段式球阀

为防止装车过程中的水击现象及保护装车系统中的流量计等重要仪表，装车系统采用了两段式球阀。两段式球阀由2台电磁阀控制阀门流量，使开阀、关阀速度更为缓慢，使管道流体变化平稳。两段式球阀与装车批量控制器结合，可实现平稳的批量控制，同时保护了重要仪表。

4 结束语

根据百联油库整体业务发展的需求，使用当前先进的自动化、信息化技术和设备，实现了百联油库各部门的信息共享，进而实现经营决策的科学化，可为用户提供安全、高效的油品输配，降低了人工劳动强度。

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AutomationControlSystemDesignforOilStorageandTransportation

Zhou Peng，Xiao Xi

(BUGAS，Beijing,100029，China)

The supervisory control and data acquisition (SCADA) system, network structure and the function for tank farm are introduced. The characteristics and individual installation techniques for liquid level indicator, liquid level switch, valve, flammable gas detector, flame detector and temperature sensing optical fiber are summarized by selecting the process and safety instrument for oil storage. The design scheme of automatic control system for automatic and quantitative entrucking control system is introduced. The working principle of control mode of tops and bottoms loading and the related instrument are discussed. The method of converting volume flow to mass flow in trade measure, the anti-static and spill-proof switch are stressed.

supervisory control and data acquisition; oil tank automatic control; batch controller; RTU; FCU; entrucking

稿件收到日期：2013-03-25，修改稿收到日期2013-06-17。

周鹏，男，2007年毕业于西南石油大学过程装备与控制工程专业，现就职于北京联合燃气技术研究发展中心电控室，任自控工程师。

TP273

B

1007-7324(2013)05-0012-04