油气回收在线监测系统在加油站的应用

修德欣，王振中，丁莉丽，蒲鹤，张卫华

(中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东 青岛 266071)



油气回收在线监测系统在加油站的应用

修德欣，王振中，丁莉丽，蒲鹤，张卫华

(中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东 青岛 266071)

成品油中的轻烃组分具有较强的挥发性，加油站作为重要的油品储存和销售场所，在卸油和加油过程中均会存在油气蒸发损耗的问题[1-3]。为减少大气污染、节约石油资源、降低安全隐患，国内开始在部分地区推广油气回收设备以及后处理装置[2]。目前使用的油气回收设备及后处理装置具有一定的油气排放控制效果，能够节约成本、降低污染，同时也减少对加油站工作人员及顾客的健康损害，在经济和环保方面都发挥了巨大作用[3]。但是油气回收的检测步骤较为繁琐，检测时需要暂停整机甚至整站的运营，一方面不便于日常运营过程中对油气回收设备状态的了解，另一方面检测耗时耗力影响营业时间。

根据CP-201 “CertificationProcedureforVaporRecoverySystematGasolineDispensingFacilities”中规定[4]，年销售汽油油品在2.27×106L以上的加油站都需要配备在线监测系统，该系统功能主要包括故障监测、数据传输、超标报警和强制停机等[5]。GB 20952—2007《加油站大气污染物排放标准》中也要求对一定规模的加油站加装油气回收在线监测系统[6]。DB 11/208—2010《加油站油气排放控制和限值》对在线监测系统作出了更为详细的要求，包括在线监测系统的监测功能、数据分析和传输功能、报警标准、校准方法等[7]。

2014年底北京市部分加油站选用了不同厂家的在线监测系统进行试点安装，并对在线监测系统运行状态进行了测试。

1在线监测系统简介

1.1在线监测系统功能

在线监测系统是在油气回收系统的基础上，对油气回收运行参数进行在线监测的一系列设备的组合。加油站油气回收是指通过油气回收型加油枪、加油胶管、真空泵等设备，将加油过程中产生的油气通过密闭的方式收集回到地下储油罐的过程。油气回收的关键在于维持适当的气液比(国内规定为1.0～1.2)，主要通过控制机械式或电子式气液比例调节阀的开度来调节。在加油站运营过程中，由于真空泵频繁开启，气流对调节阀产生一定的冲击，而气液比又对阀的开度较为敏感，常会出现漂移现象，因而有必要通过在线监测系统监测气液比的当前值。除气液比外，密闭性和管线液阻也是油气回收系统的重要参数，需要进行实时监测。根据文献[7]的要求，在线监测系统需能够实时监测上述参数，并能将监测数据记录、存储、处理和传输。

1.2在线监测系统结构

在线监测系统的主要组成结构如下：

1) 安装在加油站各管路上的现场仪表，包括压力传感器、气体流量计、浓度检测仪等。

2) 数据采集器，用于采集加油脉冲、油气流量脉冲、压力信号、浓度信号等。

3) 加油站室内的监控机，可运行在线检测软件。

在线监测系统设备安装示意如图1所示。气体流量计安装于加油机内气路上，用于监测每次加油操作的回气体积。压力传感器安装于与地下储油罐直接连通的气路上，如加油机底部回气总管处或后处理装置进气口处。数据采集器位于加油机内，用于采集加油脉冲、回气脉冲和压力信号，并通过通信线缆将数据传入监控机进行处理。

图1　在线监测系统设备安装示意

1.3在线监测系统关键设备

1) 流量计。目前各厂家选用的流量计主要是罗茨流量计和热式流量计。

a) 罗茨流量计采用体积式计量原理，精度较高、可靠性好、性能稳定。常用气液比检测箱通常也需用罗茨流量计进行油气流量测量，因而采用罗茨流量计可以提高与气液比检测箱的一致性。实际使用中发现，罗茨流量计的安装位置对流体体积测量有一定的影响，如安装在真空泵前会有较大的真空度，导致测量体积变大。因此，完成后应根据不同加油机的安装情况，在软件中设置补偿系数，或者直接选用带有压力补偿模块的罗茨流量计。

b) 热式流量计利用传热原理检测流量，即利用流动中流体与热源之间的热量交换关系来直接测量气体质量流量。热式流量计测量回气体积时需要根据油气密度和比热等参数推算得出，对于不同加油站需要根据实际情况进行调整，且油气密度和比热不是恒定值，因而该流量计的校准工作比罗茨流量计复杂。

2) 数据采集器。在线监测系统需要采集的现场信号包括加油脉冲、油气脉冲和压力信号等。其中加油脉冲涉及加油过程的计量和税控，需要采用合理方案避免对加油脉冲产生影响。对于加油脉冲采集，通常采用经电平转换后，通过光耦隔离的方式将脉冲信号输入采集器的计数单元，进而保证数据采集器只能单向读取加油机脉冲信号，而不会对脉冲信号产生干扰。

数据采集器通常都具有信号采集、数据存储和数据传输功能。采集器通常包括： 加油脉冲输入通道、回气脉冲输入通道、压力传感器输入通道、数据输出端口[8]。当前各厂家的数据传输方式包括： 485总线、无线和电力载波。

2在线监测系统校准

2.1校准方法

由于气液比、密闭性和液阻等参数在相关标准中已经有详细的检测方法说明，但各厂家在线监测系统设计方案及设备选型等也存在一定的差异，这可能会造成在线监测系统的气液比和压力数据与实测数据存在一定的误差，所以根据文献[7]的要求，在线监测系统需要进行准确性验证。

对各试点站的在线监测系统进行了校准测试，并将测试结果与在线监测系统测量值进行比较，如果两者之间差值在允许的范围内，则视为系统测量精度满足要求。

在线监测系统的允许压力差值范围为±20Pa,允许气液比差值范围为±0.15。若第一次测量压力和气液比值满足精度要求，则视为通过测试；若不满足精度要求，则应再做2次监测，取3次检测的平均值，再进行比较。

2.2在线监测系统校准数据分析

校准测试过程中采用标准综合检测箱，可检测气液比、密闭性和液阻等参数，其中密闭性和液阻需要综合检测箱配合氮气瓶进行测试。

对比在线监测系统实时数据，对13个试点加油站进行了校准测试。测试结果见表1所列。

表1　各厂家在线监测校准测试情况

测试结果显示，目前各厂家的在线监测系统总体运行状况良好，可以在一定的精度范围内测量气液比及压力数据，能有效监控油气回收系统运行效果。但部分加油站安装的在线监测系统气液比和压力误差相对较大，超过了规定的误差范围，且部分在线监测系统出现了丢失数据的情况，即加油操作未被系统检测到，需要进行后续的改进，以完善在线监测系统。

3在线监测系统存在的问题

1) 罗茨流量计堵塞问题。引起该问题的原因在于罗茨流量计腰轮配合较为紧密，气路中的固体杂质会引起流量计的堵塞。建议竖直安装罗茨流量计且在流量计前加装滤网，但对加油机的安装空间要求更高，会增加改造难度。

2) 回气铜管向上弯曲问题。部分回气管路的真空泵出气口低于回气总管，导致安装时不可避免的存在向上弯曲的铜管段，可能导致该段管路积液，油气中的微小杂质也不易排出。

3) 加油脉冲采集问题。目前各在线监测厂家均通过信号采集器采集加油机编码器输出的加油脉冲，数据采集器通常都采用光电隔离的方式，避免对加油脉冲产生影响，效果良好，但该方式尚未得到相关部门的认可，若要大规模推广在线监测系统，需进行相关沟通工作。

4) 数据采集器数据丢失问题。部分厂家的信号采集器运行不够稳定，在加油量较低或其他情况下会出现数据丢失情况，需要对油气流量计和信号采集器进行进一步完善。

5) 液阻测量问题。根据相关标准要求，液阻需要在固定流量且打开卸油口回气阀门的情况下测量，但加油站运行过程中卸油口回气阀门处于关闭状态。各厂家的液阻测量方案基本都是在离罐区较远的加油机回气总管处和后处理进气管处分别安装压力传感器，取两者示数的差值。该方案测量的液阻值与标准差距较大，仍需探索更为合理的液阻测量方法。

4在线监测系统发展建议

根据在线监测系统校准测试情况，结合加油站油气回收系统运行状况，对在线监测系统的发展提出以下建议：

1) 将在线监测系统与电子式气液比调节装置相结合，在检测气液比的基础上，对于气液比不符合标准的加油枪，可通过电磁阀进行调节，即为在线监测系统添加闭环式气液比调节功能。

2) 当前加油机内部除了加油管路及流量计等设备外，还需要安装二次油气回收设备和在线监测设备，内部空间较为紧张，所以应尽快规范加油机的出厂标准，预留在线监测系统的安装空间。

3) 通过对油气流量计、信号采集器和监控机程序的改进，进一步提高在线监测系统的精确度和稳定性。

5结束语

针对目前北京地区加油站油气回收在线监测系统的试点运行情况，介绍了该系统的功能及原理，并进行了系统校准测试，分析总结了该系统目前存在的问题，对其改进和发展提出了合理化建议。

参考文献：

[1]严龙，邹兵，朱亮.加油站油气回收在线监测系统研制[J].工业安全与环保，2011，37(06)： 18-19，33.

[2]李智纬，钱华，戴海夏，等.加油站在线监控系统简述与应用展望[J].油气田环境保护，2011，21(01)： 53-56.

[3]谢英奋.加油站的油气回收与安全环保[J].炼油技术与工程，2006，36(05)： 53-56.

[4]California Air Resources Board. CP-201 Certification Procedure for Vapor Recovery Systems at Gasoline Dispensing Facilities [S]. Sacramento： California Air Resources Board, 2013.

[5]陈家庆，朱玲.油气回收与排放控制技术[M].北京： 中国石化出版社，2010.

[6]北京市环境保护科学研究院，国家环保总局环境标准研究所.GB 20952—2007加油站大气污染物排放标准[S].北京： 中国环境科学出版社，2007.

[7]李维荣，李钢，刘明宇，等.DB 11/208—2010加油站油气排放控制和限值[S].北京： 北京市环境保护局、北京市质量技术监督局，2010.

[8]California Air Resources Board. TP-201.2l Test Procedure for In-Station Diagnostic Systems [S]. Sacramento： California Air Resources Board, 2013.

[9]黄楠.油气回收系统运行中的问题及对策[J].石油库与加油站，2014，23(06)： 25-28.

[10]王振中，金帼，吴锋棒，等.加油站油气回收在线监控系统[J].化工自动化及仪表，2014，41(10)： 1166-1168，1180.

摘要：为实时监测油气回收系统各项指标是否正常，部分加油站开始试点运行在线监测系统。详细介绍了该系统的系统功能、结构组成和关键设备，并按照相关标准要求进行了校准测试，以保障该系统的准确性和稳定性。根据试点加油站的安装情况和校准测试结果，分析了目前在线监测系统运行过程中存在的问题，并提出了合理的建议。

关键词：油气回收在线监测加油站气液比流量计

Application of Oil-vapor Recovery On-line Monitoring System at Gas StationXiu Dexin, Wang Zhenzhong, Ding Lili, Pu He, Zhang Weihua

(Sinopec Research Institute of Safety Engineering, Qingdao, 266071, China)

Abstracts： To monitor if parameters of oil-vapor recovery system are normal or not on real time, some gas stations start to equip with on-line monitoring system.The system function, configuration and key equipments are introduced in detail. Calibration test is practiced according to relative codes to ensure system stability and accuracy. On basis of installation and calibration test results, the existing problems about on-line monitoring system are analyzed.Reasonable suggestions are proposed.

Key words：oil-vapor recovery; on-line monitoring; gas station; gas liquid ratio; flowmeter

中图分类号：TP274

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)04-0066-04

作者简介：修德欣(1988—)，男，2014年毕业于中国石油大学(华东)机械工程专业，获硕士学位，现就职于中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，从事加油站安全和环保研究工作。

稿件收到日期： 2015-03-17。