自動定量系統(tǒng)在液體化工品卸車中的應(yīng)用①

徐更新 李 華 秦 健

(唐山境界實業(yè)有限公司)

自動定量系統(tǒng)在液體化工品卸車中的應(yīng)用①

徐更新 李 華 秦 健

(唐山境界實業(yè)有限公司)

利用批量控制器、質(zhì)量流量計、多段控制閥、液位控制儀表及靜電溢油保護(hù)器等連接通信至上位機系統(tǒng)，結(jié)合現(xiàn)場卸車泵、卸車緩沖罐、取樣罐及卸車鶴管等設(shè)備組成自動定量液體化工品卸車系統(tǒng)。實現(xiàn)了刷卡自動計量、自動停泵，在線密度檢測，在線取樣、電子汽車衡比對、防止作弊，無人值守功能。

自動定量系統(tǒng) 液體化工品 卸車

目前，液體化工品大多是采用火車或汽車槽罐車運輸?shù)模嚥酃捃囘\輸?shù)挠嬃渴侄沃饕须娮悠嚭夂唾|(zhì)量流量計。電子汽車衡計量精度高，是直接質(zhì)量法稱重，不受氣液兩相特性的影響，但是業(yè)務(wù)量較多時，這種方式會影響車輛周轉(zhuǎn)的速度，并且容易產(chǎn)生作弊行為[1]。汽車槽罐車卸車時，一種方法是原料槽車通過卸車鶴管連接與原料罐連通，原料槽車與原料罐有高度差，即槽車底部管口要高于原料罐入口，一般為地下儲罐，液體化工品靠自流方式從槽車流入原料罐，這種方式的缺陷是缺乏液體化工品的質(zhì)量監(jiān)督、自流速度慢及地下罐建設(shè)維護(hù)成本高等。另一種方法是通過卸車鶴管連接卸車泵，由卸車泵抽送液體化工品到原料罐，由于卸車鶴管無法對槽車內(nèi)的液位進(jìn)行實時監(jiān)控，卸車后期需要專人盯管，否則很容易出現(xiàn)卸車泵斷液燒泵現(xiàn)象；而且卸車過程中沒有取樣分析環(huán)節(jié)，原料成分無法確定，如果有成分作弊情況就無法及時發(fā)現(xiàn)；最主要的是這種方式只能用電子汽車衡計量，用于整車液體完全卸空的應(yīng)用場合，無法實現(xiàn)定量卸車和快速直接貿(mào)易結(jié)算功能。

甲醇是唐山境界實業(yè)有限公司的主要生產(chǎn)原料，年產(chǎn)20萬噸高清潔燃料，年消耗甲醇約60萬噸。設(shè)計甲醇原料儲罐2×2萬立方米，設(shè)計卸車站臺卸車鶴位14個，采用單泵單鶴位卸車方式。為避免上述弊端，設(shè)計分布式自動定量卸車系統(tǒng)，采用高精度質(zhì)量流量計，基本實現(xiàn)了全程規(guī)范化、自動化定量操作，可以直接進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算，還可以與電子汽車衡進(jìn)行在線比對，實現(xiàn)超差報警。

1 總體設(shè)計

定量卸車控制系統(tǒng)由室內(nèi)控制系統(tǒng)、卸車鶴位現(xiàn)場儀表和設(shè)備組成，典型的系統(tǒng)組成如圖1所示。各卸車鶴位現(xiàn)場儀表由質(zhì)量流量計、多段控制閥、批量控制器、靜電接地溢油保護(hù)器和可燃?xì)怏w檢測器組成[2]。

甲醇卸車站的流程控制和計量結(jié)算由批量控制器負(fù)責(zé)；卸車機泵啟停信號、質(zhì)量流量計的計量信息、氣動數(shù)控閥的控制回訊信號都接入批量控制器。批量控制器采用通信方式與卸車控制操作站和計量監(jiān)控操作站連接。整個甲醇卸車站的計量控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接入原有汽車裝車提貨管理系統(tǒng)，作為原管理系統(tǒng)的擴展部分。甲醇卸車站通過與原系統(tǒng)的合并，獲得了電子汽車衡操作站的稱重數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了卸車計量比對的功能。

自動卸車控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)處理卸車操作的全部數(shù)據(jù)，生成客戶記錄，并將有關(guān)操作數(shù)據(jù)傳遞到相應(yīng)的安裝在鶴位上的批量控制器，實現(xiàn)定量操作，并記錄整個系統(tǒng)的運行過程和控制過程；系統(tǒng)配置實時數(shù)據(jù)庫，可按用戶要求輸出各種報表。

控制室的卸車控制操作站(上位機)與所有卸車鶴位的批量控制器(下位機)的通信是通過CANBUS電纜經(jīng)批量控制器并聯(lián)后連至上位機的一個通信端實現(xiàn)的。批量控制器再通過另一組MODBUS電纜經(jīng)批量控制器并聯(lián)后連至PLC系統(tǒng)，再由上位操作站顯示并保存卸車過程數(shù)據(jù)的歷史曲線。

圖1 系統(tǒng)設(shè)備裝配示意圖

操作員可以通過上位機設(shè)置作業(yè)現(xiàn)場各個貨位上的下位機的工作模式，監(jiān)控下位機的灌裝數(shù)據(jù)、狀態(tài)及查詢匯總報表等業(yè)務(wù)管理[3]。

系統(tǒng)的儀表連接如圖2所示。自動卸車控制系統(tǒng)采用精度較高的氣動多段控制閥和雙電磁閥控制，實現(xiàn)緩開慢關(guān)的控制要求，滿足了精度控制要求。系統(tǒng)的緩沖罐安裝電子液位開關(guān)，滿足低液位報警、關(guān)閥和停泵，避免了斷液燒泵現(xiàn)象。同時，采用精度較高的進(jìn)口質(zhì)量流量計(精度±0.1%)，滿足直接貿(mào)易交接的精度要求。

圖2 儀表連接示意圖

2 自動卸車作業(yè)系統(tǒng)

系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示，由卸車控制操作站、質(zhì)量流量計、批量控制器、氣動數(shù)控球閥、靜電保護(hù)器、液位開關(guān)及卸車機泵等組成。

圖3 自動卸車控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

質(zhì)量流量計為主要計量器具，本例中采用Micro Motion的F200系列，批量控制器作為分布式總線控制器，采用AWZ系列，上位機作為人機界面。批量控制器采集質(zhì)量流量計的數(shù)據(jù)傳輸信號，讀取瞬時流量、累積流量、溫度及密度等AMS數(shù)據(jù)來控制閥門的運行，實現(xiàn)自動卸車。一臺上位機能管理多臺批量控制器卸車。上位機可與工廠裝卸車管理系統(tǒng)相聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。上位機與地中衡稱重軟件也實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，相互冗余，并在數(shù)據(jù)庫中抽取關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，超出誤差范圍則報警提示。

系統(tǒng)的控制策略如下：

a. 系統(tǒng)采用數(shù)控氣動球閥按照恒流控制策略的邏輯程序控制閥的開度，保證質(zhì)量流量計穩(wěn)定運行；

b. 介質(zhì)密度在線檢測，設(shè)置密度安全上限，當(dāng)密度發(fā)生改變達(dá)到聯(lián)鎖值時，批量控制器自動停止卸車，發(fā)出警報;

c. 批量控制器實時檢測小流量信號，當(dāng)批量控制器檢測到質(zhì)量流量計瞬時流量低于設(shè)定的流量下限時，為了確保計量精度，發(fā)出停止卸車命令;

d. 在任何不符合卸車要求的工況停止卸車時，批量控制器都會發(fā)出警報同時記錄，以方便查詢與追溯。

卸車作業(yè)流程如下：

a. 通過在批量控制器上輸入數(shù)字或刷卡，卸車作業(yè)開始時，在批量控制器上按下“開始”按鈕，此時批量控制器會記錄質(zhì)量流量計的累積量(前表數(shù))，而后啟動卸車機泵，一定延時后(可組態(tài))緩慢打開數(shù)控閥，達(dá)到預(yù)填充管線的目的。

b. 在卸車作業(yè)過程中，批量控制器實時顯示已卸物料的量、卸車瞬時流量、流量計累積量、物料密度及溫度等相關(guān)信息。并對卸車流量進(jìn)行控制，防止物料流速過快導(dǎo)致管道靜電累積造成爆炸危險。

c. 當(dāng)物料流量變小，說明槽車已經(jīng)卸空，而后繼續(xù)作業(yè)，物料密度也會變小，說明物料中已吸入部分空氣，說明卸車作業(yè)已經(jīng)完成，需要停止作業(yè)。為防止完全抽空卸車管線，批量控制器立即停止機泵，同時關(guān)閉數(shù)控閥，并提示卸車完畢。卸車機泵、質(zhì)量流量計與氣動數(shù)控閥間的安裝距離盡量靠近，有助于卸車計量控制。

d. 操作員需在批量控制器上按下“確認(rèn)”鍵后，再按下“結(jié)束”鍵，之后批量控制器會等待質(zhì)量流量計瞬時流量歸零且累積量不再增加，這時批量控制器記錄質(zhì)量流量計的累積量(后表數(shù))。批量控制器自動生成卸車記錄并保存于批量控制器中，同時自動將本地卸車記錄上傳至上位卸車控制操作站，用于計量結(jié)算和數(shù)據(jù)比對。

3 系統(tǒng)的監(jiān)督功能

卸車時，如果物料密度大于密度上限設(shè)定值(可組態(tài))，說明卸車物料甲醇中可能摻有水，此時批量控制器也會立即停止機泵，同時關(guān)閉數(shù)控閥，并發(fā)出密度異常報警，防止不合格物料進(jìn)入儲罐。

卸車管線上有取樣管連接到取樣罐，可以實時在線取樣分析原料指標(biāo)。如果批量控制器收集到質(zhì)量流量計的密度信號后進(jìn)行偏差對比，發(fā)出報警停泵信號，那么可以人工取樣進(jìn)行復(fù)核，多一道監(jiān)督程序。

如果要確保質(zhì)量流量計處于計量級精度的工作狀態(tài)，則對于卸車瞬時流量要有一個下限要求，如果裝車時的瞬時流量過小，當(dāng)小于流量下限聯(lián)鎖值(可在批量控制器內(nèi)組態(tài))時，批量控制器也會立即停止卸車作業(yè)，保證卸車作業(yè)的計量精度。

如果卸車作業(yè)的操作人員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)任何異常情況，需要人工停止作業(yè)時，只需按下批量控制器上的“暫?！辨I即可。待異常情況消除后，可人工選擇繼續(xù)作業(yè)(按“確認(rèn)”鍵后按“開始”鍵)或結(jié)算作業(yè)(按“確認(rèn)”鍵后按“結(jié)束”鍵)[3]。

4 自動卸車與地中衡在線比對

地中衡管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。本例中，設(shè)地中衡操作間一座，兩側(cè)各設(shè)地中衡一套，兩臺地中衡信號連接到操作間內(nèi)的二次表，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，由操作站調(diào)用記錄。地中衡操作站與上位機系統(tǒng)連接，可將稱重所得數(shù)據(jù)與卸車作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時比對。

圖4 地中衡管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

自動卸車與地中衡的在線比對項目如下：

a. 槽車分配鶴位時檢測毛重信息比對。槽車進(jìn)廠如果沒有稱取毛重而直接到卸車控制操作站分配鶴位，卸車控制操作站在讀取槽車IC卡信息后提示此車沒有稱取毛重而不允許分配鶴位，并彈框提示報警，待該車按規(guī)定流程稱取毛重信息后方可分配鶴位。

b. 稱重信息和流量計實卸量比對。槽車按規(guī)定流程卸車完畢后，在地中衡操作站稱取皮重，此時地中衡稱重操作站將得出的凈重與流量計實卸量進(jìn)行比對，并提示稱重凈重與流量計實卸量之間的差值。

c. 槽車出廠前過衡稱取皮重信息比對。地中衡稱重操作站動態(tài)存入本次槽車皮重，同時提取歷史皮重信息進(jìn)行比對，如果本次皮重信息和歷史平均皮重比對偏離系統(tǒng)設(shè)定值的允許范圍，地中衡操作站發(fā)出報警提示。

d. 稱重信息共享相互冗余。比如一臺地中衡在稱取毛重后出現(xiàn)故障，而過完毛重的車輛卸車完畢需要稱取皮重出廠，可在另一臺完好地中衡上直接稱取過磅，兩臺地中衡直接實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)共享，完全自動相互冗余，確保流程暢通。

5 結(jié)束語

自動定量卸車系統(tǒng)實現(xiàn)了液體化工品的自動卸車操作，可進(jìn)行自動計量、在線密度檢測和計量預(yù)警，避免了斷液燒泵現(xiàn)象，同時具有防止作弊的功能。該系統(tǒng)可以和銷售軟件、稱重軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，讀取電子汽車衡的數(shù)據(jù)，優(yōu)化管理流程，提高工作效率。

[1] 范劍萍,季建華.液化石油氣自動裝車控制系統(tǒng)應(yīng)用[J].石油化工自動化,2008,44(4):37～39.

[2] 蔣明強.汽車定量裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].自動化應(yīng)用,2014,(5):53～55.

[3] 李萍.定量裝車控制系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用[J].化工設(shè)計,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-)，工程師，從事化工自動化儀表及自控系統(tǒng)的應(yīng)用工作，841667106@qq.com。