原油库定量装车系统的仪表及系统设计

王 静

（中石化石油工程设计有限公司，山东 东营 257026）

0 引言

近年来，随着国民经济的发展和技术水平的提高，国内对原油和成品油的需求日益增加，装车系统的自动化水平也在不断提高，对油品储运的现场仪表及控制系统提出越来越高的要求。某原油库装车点目前使用油罐自压喷溅式装车，这种装油方式存在如下缺点：损耗率较大，实际装车量误差不确定；装油口易产生静电，引发火灾；装车过程中散发的油气对操作人员身体造成潜移默化的危害；油品装车无自动控制措施，容易发生跑泻溢漏等事故。

针对以上问题，对该原油库装车点进行自动化改造，增加定量装车系统。定量装车系统可以实时检测和监视装车过程中的工艺参数，实现槽车定量/定位装车的自动控制，并具有记录、报警、打印等功能。

1 定量装车系统概述

图1 定量装车系统配置图Fig.1 Quantitative loading system configuration diagram

该原油库装车点新建8套装车鹤位（共4座装车平台），在原油罐区开孔新建发油流程。为装车点的装车鹤位配套定量装车系统，通过预设装车量控制发油量，实现自动装车控制，以提高装车效率，保证装车安全。

定量装车采用分布式定量装车监控系统，包括现场检测执行仪表层、现场控制层和上位机管理层，由装车控制发油主机和现场装车控制器等组成。每一个装车鹤位设一台定量发油控制器（批量控制器）、一台高精度双转子流量计和一台装车控制阀，对装车进行定量控制、静电、溢出检测报警及联锁控制。在控制室设一台发油主机（兼开票机），一台开票打印机，对整套定量装车系统进行监视、管理和记录等。

定量发油控制器在现场就地完成定量发油控制及安全联锁保护，各发油控制器之间通过RS485总线串联，通过通讯电缆接至控制室的串口服务器，经协议转换与装车控制发油主机相连，在装车控制发油主机上显示装车过程、事件报警及远程控制管理等。

发油主机（兼开票机）作为定量装车系统的上位机管理层，是操作人员和业务人员监视、控制装车过程、进行装车销售业务管理、维护设备和处理事故的人机接口，并综合门禁管理和自动称重管理的功能，构成一套控制分散、管理集中的装车控制系统。

发油主机可以根据操作者的权限访问和调用工艺流程图、过程参数、数据记录、报警处理以及各种可用数据，有效地调整控制回路的输出和设定参数；并能适应装车销售业务管理的操作需要，让业务员完成开票、结算、统计报表等工作。发油主机具备不同级别操作权利和不同操作区域或数据集合的操作权限，操作级别和权限用密码的方式限定，操作员密码和操作权限可由系统管理员设定和修改。

另外，原油库控制系统可通过OPC协议方式从装车发油主机获取装车数据，从而实现定量装车系统与原油库控制系统的双向数据、信息传输。

2 现场设备选型和设计

定量装车系统的现场设备包含：批量发油控制器、双转子流量计、电动二段式球阀和静电溢油保护器等。

2.1 批量发油控制器

批量发油控制器采用以PLC为核心的先进控制器实现。每个装车鹤位采用独立的批量控制器彼此之间互相独立，这样不会因为一台控制器出现故障而影响其它装车鹤位的工作。

根据设备资料，批量发油控制器可以进行温度、压力和密度的补偿修正，能精确地计算出发油的体积流量，可显示累积总量、批量和瞬时流量。该批量发油控制器的系统精度可以高于等于±0.2%。批量控制器还具有以下功能：智能读写IC卡；掉电及断电的数据自动保护；输入相关工艺流程参数；人工启动或停止发油；操作员现场设置和密码保护；显示运行和报警信息；数据监控、监测、报表、查询及打印。同时，配套现场防爆信号接线箱，将温度、流量和静电、防溢信号等接入，方便信号统一上传。

2.2 双转子流量计

到目前为止，在国内装车用于贸易交接的流量计量仪表主要有质量流量计、双转子流量计、刮板流量计等。其中双转子流量计是一种设计独特、经过精密加工装配的容积式流量计。一对螺旋转子是计量腔体内唯一的运动体，起到分割、测算、运送和排泄被测液体的作用。双转子流量计具有精度高、运转平稳、噪音低、磨损少、粘度适应性强、压力损失极小、价格低等优点。

根据本工程的实际情况，定量装车计量采用了不锈钢双转子流量计。所选择的流量计测量精度为±0.1%，带有数字表头，可现场显示瞬时流量，字码直接读数。在工程实际中，流量计算时应采用某一时段的累积流量。为了保证计量精度，该双转子流量计输出脉冲信号给批量发油控制器，供批量控制器进行显示及计算处理。

2.3 电动控制球阀

在装车过程中，为了防止阀门瞬间切断对管道或泵造成的水击现象，加上原油库内无空压机提供仪表风，本项目装车控制阀采用电动二段式球阀。电动二段式球阀由阀体和防爆电动执行机构组成。它的主要作用是，确保流量贸易交接的测量精度，减少关断时产生的液压冲击力[1]。电动执行机构自带限位开关，输出阀位状态，这样在装车过程中就可以在控制室监控阀门的开关运行状态。电动二段式球阀与批量发油控制器结合，可以实现精确、平衡的批量控制，同时保护流量计。在装车过程中，根据预先设计好的程序，由批量发油控制器发出控制信号给电动球阀，其动作过程如下：

1）阀门初始为关闭状态。

2）阀门打开到预设的小开度，以防止原油飞溅产生静电。

3）经过一段时间的装车，流量累积，阀门开到预设的最大开度，以最快的速度装车。

4）流量到达快速装车量时，关闭阀门到小开度，装车速度减慢。

2.4 静电溢油保护器

静电溢油保护器是定量装车系统实现联锁的关键设备，它包含防静电溢油保护控制器、防溢液位开关、静电接地夹和接地线等。其作用是防止罐车液体溢出，同时保证静电接地电阻符合相关安全标准的规定。

当进行装车时，静电接地夹检测易产生静电接地罐车的接地情况。当罐车与接地桩之间的电阻值大于50Ω时，批量控制器则停止装车，上位机同时报警；当电阻值小于50Ω时，则按预设量进行定量装车。如果装车过程中，静电夹接地不良时，无论流量是否达到预定量，批量控制器都将关闭电动控制阀，并向控制室上位机发出报警信号或进行现场报警。

防溢液位开关输出信号为触点形式。当装车液位超过设定的安全位置时，液位开关动作，同时向批量控制器发送中断请求，批量控制器立刻关闭阀门，避免原油溢出，上位机同时发出声光报警信息，从而防止溢油事故的发生。

3 定量装车系统的功能和特点

1）发油控制

设定发油量，根据设定量和装车量，通过流量计信号控制阀门的开关，可实时、客观、准确地计量装车全过程数据[2]。

定量发油控制器可以在现场就地设置装车定量值，也可以接收控制室发油主机的远程装车定量值。

2）数据监控

民间非营利组织会计制度与企业会计准则相比较，通常是从四个方面入手。第一是两种制度的结构方面，第二是两种制度会计核算方面的比较，第三是会计要素的比较，第四是财务会计报告方面的比较。通过一系列比较不难看出，民间非营利组织会计制度在不断进行改革和发展，逐步向企业会计准则方向发展，与国外非营利组织会计有趋同之势。

监视现场装车流量的累积量，实时显示和记录装车量，并能在显示屏上显示现场阀门、液位开关、接地开关状态及故障状态。

操作员可在正常或异常情况下对现场各设备进行控制，并可监视所有的运行数据和状态。

3）数据处理及报表

对采集的数据进行统计、分类和计算，存储历史装车数据，对记录的数据进行编排处理和随时调用。

可根据日、月、年等生成各类生产报表，并可进行打印。

可自动生成符合“ERP”要求的业务数据和报表。

4）报警功能

显示并确认现场报警，对过程变量报警和系统故障报警进行区分。

能对过程变量报警任意分级、分区、分组，并自动记录和打印报警信息。

5）数据通讯

批量发油控制器具备RS485通信接口，每台批量控制器总线串联后接入控制室发油主机。

控制室发油主机提供数据库通信接口，可实现与其它控制系统的数据通信和数据共享。

6）安全保证

系统可对泵与阀门进行时序控制，对电动控制阀进行精确控制，实现装车速度控制，提高装车的控制精度，减少水击。

系统具备液位开关安全联锁和防静电接地安全联锁两种方式。当监测开关报警时，批量发油控制器会立即停止装车，并给出报警提示。

同时具有车位暂停和鹤管暂停的控制功能。

4 系统误差影响因素及分析

根据原油库装车点工艺流程的要求，对定量装车系统的仪表及自控设计进行分析，对影响系统计量误差的因素如下：

1）现场流量测量仪表的精度误差。

2）电动控制阀从开启到关闭过程中不确定时间的存在，造成关断滞后的误差。

3）批量发油控制器的运算精度及通信误差。

4）工作环境等不确定因素造成的误差。如气温、气候等的影响。

针对以上几项误差因素，设计中采用的解决方法如下：

a）采用高精度的双转子流量计，测量精度可达到±0.1%；同时将温度、流量和密度信号接入上位机，可查看数据的变化趋势，以便判断故障。

b）采用Rotork的高性能电动执行机构，滞后时间相对较短，可减少滞后产生的误差。

c）选用的批量发油控制器技术成熟，有较好的装车应用业绩，控制精度较高。

d）现场设备对工作环境的影响有较强的适应性，减少了对系统精度的影响。

5 结束语

本文结合某原油库定量装车系统的设计实例，对油品装车的自控系统及现场仪表设计进行了比较详细的总结。原油库采用基于批量控制器和上位机监控软件结合的定量装车系统，该系统软件人机界面良好，具有操作简单实用、运行可靠的优势。

装车是实现销售的关口，自动定量装车系统在整个装车过程中，不仅用户和操作员都可以通过现场的显示窗口看到本鹤位的可装物料名称、当前预设量和实际装车量，而且功能完善，杜绝人为的差错，降低了操作员的劳动强度，又因可远程控制装车，极大地改善了员工的工作环境，减少了环境污染，保障了生产安全。目前该系统已经投入使用，不仅提高了装车的自动化水平，而且使装车计量精度大大提高，从而减少了贸易纠纷，为企业创造了可观的经济效益。