罐区数据采集系统在中海壳牌低碳烯烃装置的应用

张杰（中海壳牌石油化工有限公司，广东 惠州 516081）

乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75%以上，在国民经济中占有重要的地位。世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。安全有效的生产及存储管理乙烯产品势在必行，中海壳牌石油化工有限公司作为世界一流的乙烯生产厂，采用了先进的罐区管理系统。

罐区数据采集系统能够实时、准确获取罐内液位、温度、压力等过程变量，通过CIU运算可实现物料的存储、计量、收付等环节的自动化，使各级生产管理部门及计量统计部门能够及时了解生产和装置的运行状况，为罐区的精确、安全运行提供保障。中海壳牌石油化工有限公司低碳烯烃装置有23台罐使用了ENRAF公司开发的一套TDAS系统设备，分为11台常压罐及12台球罐，存储的介质有乙烯、丙烯、丙烷、丁二烯、凝析油等。

1 TDAS系统组成

TDAS的硬件设备包括：973系列H04型雷达液位计、854ATG伺服钢带液位计、VITO 672 PT100多点温度计、压力变送器、CIU Prime、CIU Plus等

2 现场设备的介绍

2.1 97 3雷达液位计

973 Smart Radar LT是一种测量液体储罐液位的雷达液位计。LOP罐区使用的雷达液位计，其雷达型号均为H04，使用时配合罐隔离器安装。H04罐隔离器有两个定位销的孔，安装时必须保证雷达上定位销所对的孔与排气阀的位置成90度角。除电源、报警输出和通讯电缆外，所有接入仪表的电缆都必须是屏蔽电缆。屏蔽层必须在电缆两端同时接地。

2.2 85 4 ATG伺服液位计

854 系列伺服液位计遵从美国石油协会（API）和国际法制计量组织（OIML）的标准进行设计和生产制造，取得了包括中国在内的世界主要国家的贸易交接计量认证和安全防爆认证。该伺服液位计采用多功能模块化结构，可以接入多点平均温度计、单点温度计和HART协议的压力信号，提供了完善的贸易交接计量或者库存管理计量的测量方案。还可以根据需要选择液位模拟信号输出、伺服密度测量、外接油水界面测量设备的功能，实现各种不同的输入输出模式。

854 ATG可分为接线室、电气室和磁鼓室，电子室内主要安装有XPU板、SPU板、Power板。该设备使用220V交流电源，其接线区域分为本安和非本安两部分。其外部输入信号来自压力变送器、温度变送器、PT100温度A线B线C线，外部输出信号包括去977罐旁显示器、电器硬开关输出、4-20mA输出、通讯总线输出。

吊浮子的钢丝缠绕在磁鼓表面的槽中，安装在磁鼓轴上的马达单元将力矩传递到力传感器，力传感器将力矩转变成频率信号，伺服处理单元（SPU）从力传感器接受频率，通过马达控制浮子的位置，通过计算磁鼓收放浮子的圈数，可以测得罐内液位。所有的移动动作都由步进马达产生，马达带动码盘动作通过光电门，检测到的动作与步进马达的步数进行比较，丢失的步数被检测到后，自动进行补偿。马达动作一步钢丝收放0.05mm。

在日常操作维修过程中，可以通过Honeywell Enraf公司的便携终端（PET），通过红外线接口与液位计连接通讯；或者利用Ensite组态调试软件，通过BPM通讯总线与854系列伺服液位计进行远程调试和组态。

由于TDAS系统的液位计还可用于储罐内产品的交付计量，因此对其测量值有较高的精度要求，然而在使用中有多种的因素可对其精度产生影响：浮子的浸没深度。在设定参数时通常将浮子设为比较小的浸没深度，即设定值趋近于浮子的重量。这样可以降低不同产品的密度对精度的影响，使浮子上不容易沾上油污，而且产品波动的影响也最小。

3 Enraf CIU通讯控制单元

Enraf CIU通讯控制单元分为两层，第一层是CIU Prime（通讯接口单元），第二层是CIU Plus（库存管理计算单元）。该两层应用的是交叉冗余结构，可以独立完成储罐的库存计算任务。

3.1 CIU Prime是安装在储罐上的液位计量设备和控制室内计算机系统之间的通讯接口，主要任务是扫描所有的仪表，并获取数据，所有储罐的数据扫描只需几秒钟时间，CIU Prim会连续扫描所有测量的数据，包括液位、温度、压力、密度、报警状态、气相温度和其他相关数据等。所有的数据都会储存在内部的实时数据库中，供上位计算机系统调用。现场所有的BPM协议的仪表都可以直接接入到CIU Prime内。CIU Prime提供2个独立的上位通讯端口，用于连接PLC或者DCS系统，或者连接Enraf公司的CIU Plus单元。上位通讯采用标准的Modbus协议。通过通讯端口，可以实现本地和远程调试。CIU Prime提供两路输出，一路可以将所有一次测量的信号送到CIU Plus中，另一路可以连接Enraf公司的雷达专用调试软件，对雷达的运行参数进行必要的调整，可以得到整个储罐的波形图。

3.2 CIU Plus主要进行独立的硬件计算。我们可以通过En⁃raf的Ensite Pro软件将罐容数据全部输入到CIU Plus中，结合已经在Plus中已经内置的国际通用的ASTM和API石油计量表、中国的国际石油计量表以及适合于各种化工品的国际标准算法，根据CIU Prime得到的一次测量信号，可以实时计算油品总视体积（TOV）、静标准体积（NSV）、毛视体积（GOV）、总液相和气相质量、毛标准体积（GSV）、流量以及标准密度等数据。CIU Plus最多可以提供4个独立的上位通讯端口，可以连接到Enraf公司的各个不同的系统，例如可同时连接到Ensite Pro库存管理系统、PLC系统、DCS系统等，且各个系统间相互独立。

3.2.1 CIU Plus技术指标

CIU Plus有2个现场通讯端口，可以连接1或2台CIU Prime。这种模块化设计非常适宜于安装在不同的场所，适宜于距离较远的储罐或者泵控制室。采用ModBus协议，可以连接50台仪表，通讯速率为19200Bps。上位通讯接口也是采用RS-485，通讯协议为ModBus。

4 结语

罐区数据采集系统在LOP装置使用多年来，运行平稳可靠，其先进的Ensit诊断通讯软件更是方便了人员在室内就可以了解现场储罐的温度计及液位计的各项参数、过程数据、故障代码等，能够及时迅速的找出故障并加以解决，提高了存储的可靠性，减少了现场作业的安全隐患。

[1]宋悦孝.电子测量与仪器[J].电子工业出版社,2009.

[2]郑君里.信号与系统[J].高等教育出版社,2011.