自动定量系统在液体化工品卸车中的应用①

徐更新 李 华 秦 健

(唐山境界实业有限公司)

自动定量系统在液体化工品卸车中的应用①

徐更新 李 华 秦 健

(唐山境界实业有限公司)

利用批量控制器、质量流量计、多段控制阀、液位控制仪表及静电溢油保护器等连接通信至上位机系统，结合现场卸车泵、卸车缓冲罐、取样罐及卸车鹤管等设备组成自动定量液体化工品卸车系统。实现了刷卡自动计量、自动停泵，在线密度检测，在线取样、电子汽车衡比对、防止作弊，无人值守功能。

自动定量系统 液体化工品 卸车

目前，液体化工品大多是采用火车或汽车槽罐车运输的，汽车槽罐车运输的计量手段主要有电子汽车衡和质量流量计。电子汽车衡计量精度高，是直接质量法称重，不受气液两相特性的影响，但是业务量较多时，这种方式会影响车辆周转的速度，并且容易产生作弊行为[1]。汽车槽罐车卸车时，一种方法是原料槽车通过卸车鹤管连接与原料罐连通，原料槽车与原料罐有高度差，即槽车底部管口要高于原料罐入口，一般为地下储罐，液体化工品靠自流方式从槽车流入原料罐，这种方式的缺陷是缺乏液体化工品的质量监督、自流速度慢及地下罐建设维护成本高等。另一种方法是通过卸车鹤管连接卸车泵，由卸车泵抽送液体化工品到原料罐，由于卸车鹤管无法对槽车内的液位进行实时监控，卸车后期需要专人盯管，否则很容易出现卸车泵断液烧泵现象；而且卸车过程中没有取样分析环节，原料成分无法确定，如果有成分作弊情况就无法及时发现；最主要的是这种方式只能用电子汽车衡计量，用于整车液体完全卸空的应用场合，无法实现定量卸车和快速直接贸易结算功能。

甲醇是唐山境界实业有限公司的主要生产原料，年产20万吨高清洁燃料，年消耗甲醇约60万吨。设计甲醇原料储罐2×2万立方米，设计卸车站台卸车鹤位14个，采用单泵单鹤位卸车方式。为避免上述弊端，设计分布式自动定量卸车系统，采用高精度质量流量计，基本实现了全程规范化、自动化定量操作，可以直接进行贸易结算，还可以与电子汽车衡进行在线比对，实现超差报警。

1 总体设计

定量卸车控制系统由室内控制系统、卸车鹤位现场仪表和设备组成，典型的系统组成如图1所示。各卸车鹤位现场仪表由质量流量计、多段控制阀、批量控制器、静电接地溢油保护器和可燃气体检测器组成[2]。

甲醇卸车站的流程控制和计量结算由批量控制器负责；卸车机泵启停信号、质量流量计的计量信息、气动数控阀的控制回讯信号都接入批量控制器。批量控制器采用通信方式与卸车控制操作站和计量监控操作站连接。整个甲醇卸车站的计量控制系统通过以太网接入原有汽车装车提货管理系统，作为原管理系统的扩展部分。甲醇卸车站通过与原系统的合并，获得了电子汽车衡操作站的称重数据，实现了卸车计量比对的功能。

自动卸车控制系统主要负责处理卸车操作的全部数据，生成客户记录，并将有关操作数据传递到相应的安装在鹤位上的批量控制器，实现定量操作，并记录整个系统的运行过程和控制过程；系统配置实时数据库，可按用户要求输出各种报表。

控制室的卸车控制操作站(上位机)与所有卸车鹤位的批量控制器(下位机)的通信是通过CANBUS电缆经批量控制器并联后连至上位机的一个通信端实现的。批量控制器再通过另一组MODBUS电缆经批量控制器并联后连至PLC系统，再由上位操作站显示并保存卸车过程数据的历史曲线。

图1 系统设备装配示意图

操作员可以通过上位机设置作业现场各个货位上的下位机的工作模式，监控下位机的灌装数据、状态及查询汇总报表等业务管理[3]。

系统的仪表连接如图2所示。自动卸车控制系统采用精度较高的气动多段控制阀和双电磁阀控制，实现缓开慢关的控制要求，满足了精度控制要求。系统的缓冲罐安装电子液位开关，满足低液位报警、关阀和停泵，避免了断液烧泵现象。同时，采用精度较高的进口质量流量计(精度±0.1%)，满足直接贸易交接的精度要求。

图2 仪表连接示意图

2 自动卸车作业系统

系统的网络结构如图3所示，由卸车控制操作站、质量流量计、批量控制器、气动数控球阀、静电保护器、液位开关及卸车机泵等组成。

图3 自动卸车控制系统的网络结构

质量流量计为主要计量器具，本例中采用Micro Motion的F200系列，批量控制器作为分布式总线控制器，采用AWZ系列，上位机作为人机界面。批量控制器采集质量流量计的数据传输信号，读取瞬时流量、累积流量、温度及密度等AMS数据来控制阀门的运行，实现自动卸车。一台上位机能管理多台批量控制器卸车。上位机可与工厂装卸车管理系统相联，实现数据共享。上位机与地中衡称重软件也实现数据共享，相互冗余，并在数据库中抽取关键数据进行比对，超出误差范围则报警提示。

系统的控制策略如下：

a. 系统采用数控气动球阀按照恒流控制策略的逻辑程序控制阀的开度，保证质量流量计稳定运行；

b. 介质密度在线检测，设置密度安全上限，当密度发生改变达到联锁值时，批量控制器自动停止卸车，发出警报;

c. 批量控制器实时检测小流量信号，当批量控制器检测到质量流量计瞬时流量低于设定的流量下限时，为了确保计量精度，发出停止卸车命令;

d. 在任何不符合卸车要求的工况停止卸车时，批量控制器都会发出警报同时记录，以方便查询与追溯。

卸车作业流程如下：

a. 通过在批量控制器上输入数字或刷卡，卸车作业开始时，在批量控制器上按下“开始”按钮，此时批量控制器会记录质量流量计的累积量(前表数)，而后启动卸车机泵，一定延时后(可组态)缓慢打开数控阀，达到预填充管线的目的。

b. 在卸车作业过程中，批量控制器实时显示已卸物料的量、卸车瞬时流量、流量计累积量、物料密度及温度等相关信息。并对卸车流量进行控制，防止物料流速过快导致管道静电累积造成爆炸危险。

c. 当物料流量变小，说明槽车已经卸空，而后继续作业，物料密度也会变小，说明物料中已吸入部分空气，说明卸车作业已经完成，需要停止作业。为防止完全抽空卸车管线，批量控制器立即停止机泵，同时关闭数控阀，并提示卸车完毕。卸车机泵、质量流量计与气动数控阀间的安装距离尽量靠近，有助于卸车计量控制。

d. 操作员需在批量控制器上按下“确认”键后，再按下“结束”键，之后批量控制器会等待质量流量计瞬时流量归零且累积量不再增加，这时批量控制器记录质量流量计的累积量(后表数)。批量控制器自动生成卸车记录并保存于批量控制器中，同时自动将本地卸车记录上传至上位卸车控制操作站，用于计量结算和数据比对。

3 系统的监督功能

卸车时，如果物料密度大于密度上限设定值(可组态)，说明卸车物料甲醇中可能掺有水，此时批量控制器也会立即停止机泵，同时关闭数控阀，并发出密度异常报警，防止不合格物料进入储罐。

卸车管线上有取样管连接到取样罐，可以实时在线取样分析原料指标。如果批量控制器收集到质量流量计的密度信号后进行偏差对比，发出报警停泵信号，那么可以人工取样进行复核，多一道监督程序。

如果要确保质量流量计处于计量级精度的工作状态，则对于卸车瞬时流量要有一个下限要求，如果装车时的瞬时流量过小，当小于流量下限联锁值(可在批量控制器内组态)时，批量控制器也会立即停止卸车作业，保证卸车作业的计量精度。

如果卸车作业的操作人员在现场发现任何异常情况，需要人工停止作业时，只需按下批量控制器上的“暂停”键即可。待异常情况消除后，可人工选择继续作业(按“确认”键后按“开始”键)或结算作业(按“确认”键后按“结束”键)[3]。

4 自动卸车与地中衡在线比对

地中衡管理系统的结构如图4所示。本例中，设地中衡操作间一座，两侧各设地中衡一套，两台地中衡信号连接到操作间内的二次表，转换数据后，由操作站调用记录。地中衡操作站与上位机系统连接，可将称重所得数据与卸车作业数据进行实时比对。

图4 地中衡管理系统结构示意图

自动卸车与地中衡的在线比对项目如下：

a. 槽车分配鹤位时检测毛重信息比对。槽车进厂如果没有称取毛重而直接到卸车控制操作站分配鹤位，卸车控制操作站在读取槽车IC卡信息后提示此车没有称取毛重而不允许分配鹤位，并弹框提示报警，待该车按规定流程称取毛重信息后方可分配鹤位。

b. 称重信息和流量计实卸量比对。槽车按规定流程卸车完毕后，在地中衡操作站称取皮重，此时地中衡称重操作站将得出的净重与流量计实卸量进行比对，并提示称重净重与流量计实卸量之间的差值。

c. 槽车出厂前过衡称取皮重信息比对。地中衡称重操作站动态存入本次槽车皮重，同时提取历史皮重信息进行比对，如果本次皮重信息和历史平均皮重比对偏离系统设定值的允许范围，地中衡操作站发出报警提示。

d. 称重信息共享相互冗余。比如一台地中衡在称取毛重后出现故障，而过完毛重的车辆卸车完毕需要称取皮重出厂，可在另一台完好地中衡上直接称取过磅，两台地中衡直接实现动态数据共享，完全自动相互冗余，确保流程畅通。

5 结束语

自动定量卸车系统实现了液体化工品的自动卸车操作，可进行自动计量、在线密度检测和计量预警，避免了断液烧泵现象，同时具有防止作弊的功能。该系统可以和销售软件、称重软件进行数据交互，读取电子汽车衡的数据，优化管理流程，提高工作效率。

[1] 范剑萍,季建华.液化石油气自动装车控制系统应用[J].石油化工自动化,2008,44(4):37～39.

[2] 蒋明强.汽车定量装车控制系统的设计[J].自动化应用,2014,(5):53～55.

[3] 李萍.定量装车控制系统在工程中的应用[J].化工设计,2008,18(3):36～38.

ApplicationofAuto-quantifyingSysteminUnloadingLiquidChemicals

XU Geng-xin, LI Hua, QIN Jian

(TangshanStateIndustrialCo.,Ltd.)

Having the communication of batch controller, mass flow meter, multi-section valve, level control instrument and electrostatic oil spillage protector connected to the host computer system was implemented; and combined with the on-site unloading pump, unloading buffer tank, sampling tank and the unloading crane tube, an unloading system which boasting of auto-quantifying liquid chemicals was constituted to have functions such as auto-metering by card, auto-stopping pumping, online density detection, on-line sampling, comparison of electronic truck scale, guarding against cheating and unattended function realized.

auto-quantifying system, liquid chemicals, unloading

TH715

B

1000-3932(2017)08-0782-05

2016-12-07，

2017-05-09)

徐更新(1974-)，工程师，从事化工自动化仪表及自控系统的应用工作，841667106@qq.com。