基于S7—200 PLC的微壓密閉油氣降耗測控系統(tǒng)設(shè)計

王彤++張曉林

摘要：針對某石油公司原油中間儲罐大、小呼吸所造成的油氣揮發(fā)損耗，基于安全可靠、造價低、易施工、方便操作等設(shè)計原則，采取密閉工藝，設(shè)計了一套基于PLC和自動化儀表的微壓密閉油氣降耗自動測控裝置。該裝置通過緩存罐的緩存作用以及自動控制，使通過大小呼吸所揮發(fā)的氣體得以密閉，在日夜之間、收發(fā)之間形成自平衡，從而實現(xiàn)油氣降耗以及減小環(huán)境污染的目的。

關(guān)鍵詞：S7-200；油氣降耗；微壓密閉

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）03-0243-02

拱頂式儲罐在運油罐車卸車進(jìn)油、管線來油與外輸時產(chǎn)生儲罐液位變動，或者晝夜溫度變化，都易造成大量揮發(fā)氣體從敞開的量油口、呼吸閥等直接排放到大氣中。排放到大氣中的揮發(fā)性氣體不僅會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費、也會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，而且易造成安全隱患。目前，國內(nèi)外油氣回收技術(shù)主要有吸收法、吸附法、冷凝法、膜分離法、催化燃燒法等方法，或者以上幾種方法結(jié)合使用。這幾種回收技術(shù)雖然回收效果明顯，但是需要一整套復(fù)雜的回收系統(tǒng)，運行成本大、工程復(fù)雜。

某石油公司輸油站數(shù)量多、較為分散，而且有較多規(guī)模不大的輸油站，以上幾種回收技術(shù)并不經(jīng)濟(jì)，因此需要一種更為簡單的工藝技術(shù)，該技術(shù)即可以有效降低儲油罐的氣體揮發(fā)、減少環(huán)境污染，同時也必須做到安全可靠、造價低、易施工、方便操作。

1 油氣降耗測控系統(tǒng)設(shè)計

某輸油站位于陜北某鎮(zhèn)，設(shè)計年輸送原油量20萬噸，主要負(fù)責(zé)接收三條管線來油，并對來油進(jìn)行計量、儲存、加壓、加熱后一并匯輸進(jìn)主管線至某輸油末站，站內(nèi)有1000方拱頂罐和2000方拱頂罐各一個。類似偏遠(yuǎn)且規(guī)模較小的輸油站收發(fā)原油量較少，如果通過現(xiàn)有成熟技術(shù)降低儲罐油氣揮發(fā)，成本過高且難以推廣，現(xiàn)有技術(shù)不滿足實際情況需要。

在這種情況下，針對大小呼吸所造成的大量揮發(fā)氣體直接從拱頂罐敞開的量油口、呼吸閥排放到大氣中，基于安全、造價、施工等方面的考慮，在不改變儲油罐原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種低成本、安全可靠的微壓密閉油氣降耗工藝，降低排放到大氣中的揮發(fā)氣體量，以此實現(xiàn)儲罐油氣降耗的目的。這種工藝的核心思想是：通過一個緩存罐的緩存作用和自動控制，密閉大小呼吸所造成的揮發(fā)氣體，使儲罐在日夜之間、收發(fā)油之間實現(xiàn)自平衡，從而降低整個系統(tǒng)揮發(fā)氣體的外排量。

針對此類小輸油站設(shè)計的微壓密閉油氣降耗測控系統(tǒng)由現(xiàn)場測量儀表（壓力變送器、流量計）、控制面板的操作開關(guān)及指示燈、PLC及其輸入/輸出處理通道、控制閥（電磁閥）、顯示屏等設(shè)備組成。微壓密閉油氣降耗測控系統(tǒng)中對可靠性和安全性要求很高，因此在這種工作環(huán)境下，電磁閥、壓縮機(jī)測量儀表等都必須選擇防爆型。由于現(xiàn)場工作環(huán)境復(fù)雜，為了減少現(xiàn)場安裝施工工作量，降低施工風(fēng)險，避免輸油站內(nèi)的現(xiàn)場電氣焊施工作業(yè)，因此將壓縮機(jī)、電磁閥、流量計、壓力表等集成安裝于設(shè)備撬內(nèi)；PLC、操作按鈕、接觸器、顯示屏等電氣設(shè)備安裝于電氣控制柜內(nèi)。并對制造完成的設(shè)備進(jìn)行了氣密性檢查實驗，焊縫進(jìn)行了X射線探傷檢查，均符合要求。測控系統(tǒng)機(jī)構(gòu)原理如圖1所示。

現(xiàn)場測量儀表用于測量儲罐壓力、氣體流量等參數(shù)，并將信號通過擴(kuò)展模塊送入PLC進(jìn)行處理；控制閥用于改變管道流體的流動狀態(tài)；控制面板上的旋鈕開關(guān)用來設(shè)定系統(tǒng)處在手動或自動運行狀態(tài)，布置在控制面板上的指示燈用來指示電磁閥、壓縮機(jī)等設(shè)備的工作狀態(tài)；顯示屏顯示測量到儲罐的壓力值、流量計測量的管線中氣體流量值等數(shù)據(jù)。通過顯示屏及控制面板上的指示燈可以幫助操作人員判斷系統(tǒng)是否運行正常。

2 油氣降耗測控系統(tǒng)原理

將此輸油站內(nèi)的備用儲罐（1000方罐）作為緩存管，在2000方儲罐和緩存罐的量油口各加裝法蘭三通，2000方儲罐量油口三通的旁通口引致壓力自動控制系統(tǒng)，壓力自動控制系統(tǒng)的出口引致緩存罐量油口三通，使2000方儲罐和緩存罐之間形成流體通道。壓力自動控制系統(tǒng)由壓縮機(jī)、壓力測量、流量測量、PLC控制系統(tǒng)等所組成，用于控制作業(yè)儲罐的壓力，使其處于微正壓或微負(fù)壓狀態(tài)，從而降低油氣揮發(fā)。工藝原理圖如圖2。

測量2000方儲罐灌頂壓力，將此壓力值與預(yù)設(shè)壓力值進(jìn)行比較，如果該壓力大于預(yù)設(shè)高壓值，打開電磁閥A、啟動壓縮機(jī)，將氣體加壓送入緩存罐；如果該壓力小于預(yù)設(shè)中壓值時，停止壓縮機(jī)、關(guān)閉電磁閥A；如果該壓力小于預(yù)設(shè)低壓值時，打開電磁閥B，使2000方儲罐和緩存管的灌頂壓力聯(lián)通，吸入緩存罐的氣體；當(dāng)兩儲罐壓力相等且繼續(xù)降低至某一壓力值時，2000方儲罐的呼吸閥動作，吸入空氣以保證儲罐安全。

通過整個控制系統(tǒng)，可以最大程度減小2000方儲罐由于收發(fā)油造成的大呼吸損耗，以及晝夜溫差變化造成的小呼吸損耗，從而實現(xiàn)油氣降耗和減小環(huán)境污染的目的。

3 結(jié)論

針對小輸油站的拱頂罐大小呼吸造成的油氣損耗，設(shè)計了一套基于PLC和自動化儀表的微壓密閉油氣降耗自動測控裝置。該裝置在手動、自動運行過程中測量儀表工作正常、系統(tǒng)安全可靠，有效地實現(xiàn)了兩個拱頂罐的微壓密閉運行。通過實驗數(shù)據(jù)分析，該裝置在規(guī)模不大的輸油站具有較好的應(yīng)用推廣價值，可以達(dá)到油氣降耗以及減小環(huán)境污染的目的。

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