近年來, 大鶴管裝車技術(shù)已逐漸被越來越多的石化企業(yè)和大型油庫所采用。由于其采用集中裝油方式, 實(shí)現(xiàn)了裝車自動(dòng)化控制, 降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度, 且具有棧臺(tái)占地面積小、裝車損耗低、便于維護(hù)和管理等特點(diǎn)受到了很多企業(yè)的青睞。但是為了更好的利用大鶴管裝車系統(tǒng), 人們對(duì)它的要求已不僅僅是定量裝車, 而是要求其達(dá)到貿(mào)易交接的計(jì)量精度要求。因?yàn)橹挥醒b車系統(tǒng)提供的計(jì)量數(shù)據(jù)直接用于貿(mào)易交接才能取消人工槽車檢尺的落后計(jì)量方式, 從而使裝車、計(jì)量工作效率進(jìn)一步提高。

目前許多公司在用的大鶴管裝車系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)之初對(duì)精確計(jì)量要求考慮不足, 致使系統(tǒng)存在許多對(duì)計(jì)量精度造成影響的不利因素, 系統(tǒng)計(jì)量精度不能達(dá)到貿(mào)易交接的要求。如果將大鶴管裝車系統(tǒng)用于貿(mào)易交接計(jì)量, 按照計(jì)量法要求應(yīng)該依法進(jìn)行周期檢定, 但國家目前沒有出臺(tái)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而采取車載電子秤、車載體積管等檢定方式不能完全模擬完整的裝車過程, 檢定結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。對(duì)于這些問題, 本文基于呼和浩特石化公司大鶴管裝車系統(tǒng)計(jì)量改造實(shí)踐, 對(duì)大鶴管裝車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量, 滿足貿(mào)易交接計(jì)量要求方面進(jìn)行探討。

該公司大鶴管裝車系統(tǒng)分為東、西兩個(gè)棧臺(tái), 每個(gè)棧臺(tái)各有兩個(gè)鶴位。從罐區(qū)到裝車棧臺(tái)共四條裝車線, 其中兩條為汽油線, 兩條為柴油線。裝車時(shí)可通過流程切換實(shí)現(xiàn)兩個(gè)品種分道裝車, 1#鶴位和3#鶴位位于一道裝汽油, 2#鶴位和4#鶴位位于一道裝柴油。也可以四個(gè)鶴位全部裝汽油或者柴油。大鶴管棧臺(tái)分布情況如圖1所示。

該裝車控制系統(tǒng)是以西門子S7-400中央處理器做為Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的主站, 并通過網(wǎng)絡(luò)連接2個(gè)ET200從站組成。S7-400主站主要是集成大鶴管定量裝車控制邏輯。ET200從站是由數(shù)字量輸入模塊 (DI) 、數(shù)字量輸出模塊 (DO) 、模擬量輸入模塊 (AI) 、計(jì)數(shù)器模塊 (FM350) 組成。它是系統(tǒng)的控制核心, 所有現(xiàn)場(chǎng)的操作和信息的獲取都通過它實(shí)現(xiàn)。PLC通過輸入模塊來接收專用鍵盤及旋鈕的控制指令、集成顯示系統(tǒng) (上位機(jī)) 的控制信號(hào)、液位開關(guān)來的液位到限信號(hào)和閥門狀態(tài)及各種自動(dòng)的到限信號(hào)。通過輸出模塊對(duì)小爬車 (小爬車) 電機(jī)的前、后動(dòng)作, 液壓泵的停、啟, 鶴位的前進(jìn)、后退上下移動(dòng), 接油斗的提起和放下, 以及各種閥門的開關(guān), 實(shí)現(xiàn)裝車過程中的手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。

裝車時(shí)操作人員利用控制臺(tái)控制小爬車對(duì)位, 放下大鶴管, 并設(shè)定裝車量。啟泵后按啟動(dòng)按鈕開始裝車。PLC根據(jù)流量計(jì)傳輸?shù)牧髁啃畔⑼ㄟ^調(diào)整電液閥開度來控制流量大小, 以滿足裝車安全和定量控制的需要。當(dāng)裝車量達(dá)到設(shè)定值時(shí), PLC控制電液閥關(guān)閉, 操作人員通過控制臺(tái)控制收起大鶴管, 對(duì)位下一節(jié)罐車。

大鶴管裝車不是一個(gè)管線流量、壓力穩(wěn)定運(yùn)行的過程。每個(gè)鶴位每裝完一節(jié)罐車就需要關(guān)閉電液閥, 升起鶴管, 重新對(duì)位下一節(jié)罐車。且為了裝車安全和定量控制的需要, 對(duì)每節(jié)罐車裝車時(shí)都需要通過電液閥控制由初始低流量、最大流量到最后又降為低流量的過程。每個(gè)鶴管的啟停都會(huì)對(duì)其它鶴管裝車的流量和壓力造成影響, 各鶴位流量、壓力就會(huì)呈無規(guī)律變化狀態(tài), 從而影響流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確性。

為了把這種影響降到最低, 最好的辦法就是鶴管之間進(jìn)行連鎖切換控制。由于該石化公司裝車泵排量是450 m3, 流量計(jì)量程0-400t/h, 因此將大鶴管最大流量控制在流量計(jì)最佳流量點(diǎn), 滿量程的80%, 即320t/h。對(duì)四個(gè)大鶴管選擇兩兩連鎖控制, 當(dāng)只有一個(gè)大鶴管裝車時(shí)開一臺(tái)泵, 兩臺(tái)大鶴管裝車時(shí)開兩臺(tái)泵。由流量曲線圖圖4可以看出, 進(jìn)行連鎖控制后, 互為連鎖的兩個(gè)鶴管裝車流量平穩(wěn)切換, 進(jìn)棧臺(tái)的管線總流量可保持平穩(wěn), 鶴位工況趨于穩(wěn)定有利于流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量。

該大鶴管裝車系統(tǒng)四個(gè)鶴位流量計(jì)全部選用emerson質(zhì)量流量計(jì), 離線檢定計(jì)量精度均優(yōu)于2‰, 可以滿足精確計(jì)量的需要。但是質(zhì)量流量計(jì)實(shí)際應(yīng)用的計(jì)量精度受到多方面因素的影響。由于目前大鶴管裝車系統(tǒng)都是以撬裝的方式安裝, 流量計(jì)一般都安裝在棧臺(tái)上, 距離液壓站、鶴管距離近, 鶴管升降時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)對(duì)流量計(jì)計(jì)量精度存在一定影響。

從圖2可以看出, 消氣過濾器、流量計(jì)、電液閥全部安裝在大鶴管撬裝棧臺(tái)上。裝車時(shí)油品依次經(jīng)過消氣過濾器、流量計(jì)、電液閥, 然后順管線向下彎頭經(jīng)大鶴管后進(jìn)入罐車。當(dāng)電液閥全開時(shí), 必然造成流量計(jì)背壓過低, 從而影響計(jì)量準(zhǔn)確性。對(duì)于這一情況, 進(jìn)行計(jì)量改造時(shí)在電液閥與鶴管之間加裝一段向上約3m高的彎頭, 并安裝了調(diào)節(jié)閥對(duì)流量計(jì)背壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。改造后這一情況得到改善。鑒于以上原因, 我們認(rèn)為大鶴管流量計(jì)不應(yīng)安裝在棧臺(tái)上, 而應(yīng)安裝在棧臺(tái)外沒有振動(dòng)源的地方, 流量計(jì)下游管線可向上至棧臺(tái)的二層平臺(tái), 這樣可以同時(shí)解決震動(dòng)及流量計(jì)背壓不足造成的影響。

油品介質(zhì)中在輸轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的氣體、雜質(zhì)對(duì)流量計(jì)的計(jì)量精度具有一定影響。消氣過濾器是流量計(jì)附屬設(shè)備之一, 應(yīng)具有自動(dòng)排氣、過濾雜質(zhì)的作用, 從而保證流量計(jì)計(jì)量精度。在對(duì)原大鶴管裝車系統(tǒng)進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)消氣過濾器排氣閥門因損壞而處于長期關(guān)閉狀態(tài), 這樣將使消氣過濾器無法發(fā)揮自動(dòng)排氣的功能。經(jīng)對(duì)其進(jìn)行修復(fù), 使其恢復(fù)了自動(dòng)排氣功能, 從而排除了油品之中的氣體對(duì)流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性的影響。

在每節(jié)罐車裝油結(jié)束后, 鶴管內(nèi)存油都會(huì)落入罐車, 從而使鶴管形成空管。當(dāng)下一節(jié)罐車裝車時(shí), 經(jīng)過流量計(jì)計(jì)量的油品首先會(huì)充滿鶴管, 然后進(jìn)入罐車。裝車結(jié)束時(shí)落入罐車的鶴管存油會(huì)補(bǔ)回裝車開始時(shí)充滿鶴管所用的油品, 因此理論上來說, 進(jìn)入每節(jié)罐車的油品與經(jīng)流量計(jì)計(jì)量的油品數(shù)量是一致的。

但是如果鶴管與電液閥之間的管線是水平的, 當(dāng)裝車結(jié)束, 鶴管內(nèi)存油落入罐車時(shí), 水平管線內(nèi)的油品也會(huì)進(jìn)入罐車, 這時(shí)因電液閥已經(jīng)關(guān)閉, 水平管線內(nèi)油品在上游沒有壓力的情況下不能快速流凈, 這樣在鶴管升起時(shí)會(huì)造成部分油品損失, 從而產(chǎn)生計(jì)量誤差。對(duì)此采取鶴管與電液閥之間靠近鶴管處增加一段向上彎頭的管線, 使裝車結(jié)束時(shí)彎頭頂部下游一側(cè)的管線存油在重力和慣性的作用下快速流入罐車, 從而減少因此造成的計(jì)量誤差。為了避免管線存油下落過程中管線內(nèi)出現(xiàn)的真空產(chǎn)生虹吸效應(yīng), 應(yīng)在彎頭頂部安裝大口徑真空破壞器, 確保管線存油全部迅速進(jìn)入槽車。

目前定量裝車系統(tǒng)多采用批控器與電液閥結(jié)合以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝車流量的控制。本大鶴管裝車系統(tǒng)選用的是丹尼爾788型電液閥, 它的工作原理是:電液閥的主閥是由兩個(gè)電磁閥控制, 當(dāng)兩個(gè)電磁閥加電時(shí), 主閥開啟。批控器能夠自動(dòng)對(duì)電磁閥進(jìn)行送電和斷電, 通過兩個(gè)電磁閥把主閥開啟、關(guān)閉或調(diào)節(jié)到所需流速的特定位置。它的特點(diǎn)是由批控器自動(dòng)控制, 實(shí)現(xiàn)低流量啟動(dòng)、高流速控制、低流量關(guān)閉和最終截?cái)唷Ｍㄟ^在不同管線壓力下使介質(zhì)保持恒定流速, 以保證流量計(jì)在最高精度下工作。

我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn), 批控器對(duì)電液閥的控制不宜進(jìn)行精確控制, 而應(yīng)進(jìn)行流量范圍控制, 以減少電液閥對(duì)流量的調(diào)節(jié)頻次, 使管線流量穩(wěn)定在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶ｋ娨洪y頻繁調(diào)節(jié)會(huì)使管線流量呈波浪線型波動(dòng)。如果選用的控制閥反應(yīng)過程慢, 流量調(diào)節(jié)不到位, 也會(huì)造成批控器頻繁發(fā)出調(diào)節(jié)指令, 造成流量異常波動(dòng), 不利于流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量。

在裝車過程中客觀上存在裝車損耗。裝車時(shí)油品揮發(fā)的油氣經(jīng)油氣回收系統(tǒng)回收處理, 返回儲(chǔ)罐。這部分經(jīng)過流量計(jì)計(jì)量但并沒有進(jìn)入罐車, 由于其不可單獨(dú)計(jì)量, 所以只能按照GB11085-89《散裝液態(tài)石油產(chǎn)品損耗》規(guī)定的裝車損耗定額計(jì)算裝車損耗量并從流量計(jì)計(jì)量結(jié)果中扣除。

按照J(rèn)JG1038-2008《科里奧利質(zhì)量流量計(jì)檢定規(guī)程》規(guī)定, 在質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量檢定時(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)衡器的質(zhì)量示值進(jìn)行了修正, 使標(biāo)準(zhǔn)衡器計(jì)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為真空中的質(zhì)量后對(duì)流量計(jì)計(jì)量結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。因此, 流量計(jì)計(jì)量結(jié)果測(cè)量的是油品在真空中的質(zhì)量。而我國貿(mào)易計(jì)量采用的是“空氣中的重量”。所以應(yīng)按照GB/T9109.5-2009《石油和液體石油產(chǎn)品油量計(jì)算動(dòng)態(tài)計(jì)量》中規(guī)定的空氣浮力修正系數(shù)對(duì)流量計(jì)計(jì)量結(jié)果進(jìn)行修正。

對(duì)大鶴管裝車系統(tǒng)的標(biāo)定有車載電子秤或車載體積管兩種方式, 但由于鐵路罐車裝車計(jì)量的間斷性, 使用這兩種方式都存在一定弊端, 不能完全模擬完整的裝車過程, 檢定結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。

我們認(rèn)為, 對(duì)大鶴管裝車系統(tǒng)計(jì)量準(zhǔn)確性標(biāo)定的最佳辦法是以靜態(tài)軌道衡作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定。靜態(tài)軌道衡計(jì)量精度優(yōu)于1‰, 完全可以滿足作為大鶴管裝車系統(tǒng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的需要。利用靜態(tài)軌道衡稱重的方法對(duì)大鶴管裝車系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定不受裝車過程的影響, 只對(duì)裝車結(jié)束后罐車實(shí)際裝油量進(jìn)行計(jì)量, 能夠客觀反映裝車流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確性。該公司在計(jì)量改造結(jié)束后使用軌道衡對(duì)三批經(jīng)大鶴管裝車的鐵路罐車進(jìn)行靜態(tài)稱重, 稱重結(jié)果與大鶴管裝車系統(tǒng)計(jì)量結(jié)果的部分比對(duì)數(shù)據(jù)見表1。從比對(duì)數(shù)據(jù)可以看出, 經(jīng)過計(jì)量改造的大鶴管裝車系統(tǒng)計(jì)量精度達(dá)到了3‰以內(nèi), 計(jì)量性能穩(wěn)定可靠。 (表1如下)

由于目前作為收油方的油庫多采用罐車檢尺的方式進(jìn)行收油量的復(fù)核。而罐車檢尺計(jì)量誤差7‰, 大鶴管裝車系統(tǒng)計(jì)量誤差3‰, 兩種計(jì)量方式客觀上存在計(jì)量差異。我們?cè)诮?jīng)過多次數(shù)據(jù)比對(duì)后發(fā)現(xiàn), 一批罐車中檢尺數(shù)據(jù)與大鶴管裝車系統(tǒng)數(shù)據(jù)差量超過3‰的情況總是存在, 而且有時(shí)所占比例還比較大, 但是整批罐車的總差量基本都在3‰以內(nèi)。經(jīng)過靜態(tài)軌道衡標(biāo)定后, 我們認(rèn)為流量計(jì)計(jì)量結(jié)果比較穩(wěn)定, 不存在忽高忽低的現(xiàn)象。每批罐車檢尺操作方法等因素也都相同, 我們認(rèn)為比對(duì)誤差的主要來源是鐵路罐車容積表。由于鐵路罐車這種計(jì)量方式存在較大的計(jì)量誤差, 我們認(rèn)為油庫應(yīng)嘗試采用計(jì)量精度較高的大罐計(jì)量 (計(jì)量誤差3.5‰) 或其它可行的計(jì)量方式來取代罐車檢尺的計(jì)量方式, 避免對(duì)收油盈虧問題做出錯(cuò)誤判斷。

該公司在此次大鶴管定量裝車系統(tǒng)的計(jì)量改造過程中取得了一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn), 通過改造使大鶴管裝車系統(tǒng)滿足了貿(mào)易交接計(jì)量精度的要求, 但是受原有設(shè)施及環(huán)境所限, 其中還有許多不足之處, 大鶴管裝車系統(tǒng)的計(jì)量精度還有進(jìn)一步提升的空間。隨著大鶴管裝車技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善, 相信與其相關(guān)的計(jì)量問題必然會(huì)逐步得到解決。大鶴管裝車技術(shù)以其自動(dòng)化程度高、安全、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)必然會(huì)進(jìn)一步得到廣泛應(yīng)用。