多項充裝技術在液化單體烴充裝系統中的應用

(中國石化中原油田分公司天然氣處理廠，河南濮陽 457162)

1 引言

為提高資源利用率，油田伴生氣一般通過氣體處理裝置進行處理，產品一般包括液態丙烷、液態丁烷、液態正丁烷、液態異丁烷、液態高純異丁烷，而這些液化單體烴大多是通過充裝站充裝系統充裝后外銷，早期建設的充裝站雖然在嚴格落實各項安全生產規章制度，規范安全管理工作的基礎上實現了安全平穩運行，但隨著國家對液化單體烴充裝技術的要求以及人們安全意識的提高，一些舊的充裝技術已不能滿足現代化安全充裝技術的要求。我廠充裝站以前主要存在以下幾個問題:①缺少質量計量控制裝置，不具備現場和遠程控制、監視功能，導致充裝效率低、損耗大、操作人員勞動強度大;②缺少防超裝和超裝報警裝置，不具備緊急停車功能;③原充裝站采用充裝軟管進行充裝，存在著抗高壓性能差、易老化、易磨損等缺點，易受外界高熱、高寒和陽光強烈照射的影響而出現爆管現象;④原靜電接地保護系統老化較為嚴重，經常出現誤報警。

為了減少液化單體烴充裝過程中可能出現的安全隱患和環境污染、克服人工操作、管理帶來的弊端，提高儲運管理作業的效率和企業的整體效益，對充裝系統開展討論、研究，通過開發并應用多項安全充裝技術，解決了液化單體烴充裝過程中存在的問題，建立了國內安全性能高、充裝精度高、自動化程度高的液化單體烴充裝站。

2 多項充裝技術

2.1 自動充裝系統

2.1.1 自動充裝系統流程

充裝站原充裝系統的硬件配置基本相同，均采取上游閘閥→過濾器→腰輪流量計(無遠傳功能)→下游閘閥、裝車回流閥和充裝軟管的工藝流程。

這種充裝系統完全依靠人工手動操作，不能做到現場和遠程兩項控制、監視功能以及充裝系統緊急切斷功能的要求。同時，輕烴產品的充裝量計量要求為質量值，而該充裝系統只能顯示充裝量的體積值，需要操作人員根據當時溫度下產品密度進行換算，這使得該充裝系統效率低、精度差、易出現的超裝(超壓)事故。

通過對現有充裝系統流程的調研，采用自動充裝系統(見圖1)來解決原系統存在的問題。輕烴產品裝車過程中保持液態，泵出口壓力基本穩定，因此，產品壓力對密度產生的影響可以不考慮，產品溫度是影響密度的重要因素。充裝產品的質量流量只與產品溫度和產品體積流量有直接關系。因此，在新充裝系統增加了溫度檢測點。

圖1 新充裝系統流程示意圖

2.1.2 自動充裝控制系統

現在液化單體烴產品自動充裝控制系統多采用兩種方式:一是采用可編程邏輯控制器(PLC)的集中式充裝控制系統，二是采用批量控制器的分布式充裝控制系統。

集中式充裝控制系統的工作過程是采用信號電纜將現場設備的檢測、控制信號送入中控室的控制系統模塊，由可編程邏輯控制器(PLC)將所有功能進行集中，控制室中的主控制計算機和PLC的CPU實現全部信號的采集、顯示、運算和控制。這種系統擴展方便、功能靈活，只能集中在控制室進行自動化充裝操作，現場人員無法實現自動控制;在現場裝車位較少的情況下，系統一次性投入成本略高;系統電纜使用較多，施工工程量較大。

分布式充裝控制系統的工作過程是采用在現場的批量控制器對每個裝車位進行檢測、運算和控制。批量控制器與控制室的操作站進行總線通訊，以實現分散控制/集中管理。該系統的批量控制器能夠完成裝車數據輸入，監控裝車過程，記錄裝車數據，現場完成參數的設置和修改等功能。

該系統能夠實現現場、遠程兩種自動裝車方式;系統電纜使用較少，施工工程量較小;在裝車車位較少的情況下，該系統一次性投入成本略低。但該系統也存在擴展成本較高、功能不夠靈活等缺點。

通過比較，結合現場實際情況采用批量控制器的分布式充裝控制系統不但適合充裝站充裝車位較少的現狀，而且能夠滿足《承壓汽車罐車充裝站專項整治標準》中“實現現場和遠程兩項控制、監視功能”的要求。因此，充裝系統采用分布式充裝控制系統。

2.1.3 充裝控制系統功能

通過對充裝站充裝流程和人員操作的研究，對充裝控制系統的功能進行了確定。應用于液化單體烴充裝站的充裝控制系統應具備以下功能:①定量充裝:可以預先設定充裝量，當累計流量達到設定值時，系統發出信號控制裝車閥進行關閉。②質量流量顯示:充裝過程中，設定充裝值和充裝流量值均顯示為質量值。③靜電接地控制:在充裝過程中，靜電接地不能達到要求時，立即發出信號停止裝車并發出聲光報警。④兩種工作方式:分為本地和遠程。本地工作方式即操作人員在現場進行充裝參數的輸入和充裝狀態的監控;遠程工作方式即操作人員在控制室進行充裝參數的輸入和充裝狀態的監控。⑤防止超裝:采用提高充裝精度和裝車閥門提前關閉的方式，避免超裝(超壓)事故的發生。⑥緊急切斷:在緊急情況下，操作人員在現場和操作室均能停止產品充裝，保證現場安全。

2.2 萬向管道充裝系統

萬向充裝管道系統由多個旋轉接頭、多節管徑相同或不同、長短不一的管道、管件、球閥、法蘭、快裝接頭、松套法蘭、防靜電裝置、彈簧缸平衡裝置等組成的管道系統，可實現一組管道在三維空間完成指定運動。該萬向充裝管道系統廣泛用于汽車槽車、火車槽車等的流體裝卸。

萬向充裝管道系統具有轉動靈活、密封性好的特點，在液氨、液化石油氣、液化天然氣等液化危險化學品的槽車充裝環節，可以達到既安全、環保的輸送流體介質，又杜絕了軟管在充裝液化危險化學品中經常發生的爆管所造成的人員傷亡、經濟損失、安全環保等事故。通過對各種萬向充裝管道系統的研究，用于液化單體烴充裝站的萬向充裝管道系統應滿足以下要求:①萬向充裝管道系統充裝臂必須有良好三維運動的靈活性。②萬向充裝管道有良好的靜電導出裝置，能有效地消除裝卸作業中因液體流動產生的靜電電荷，提高了液化單體烴充裝的安全性。③萬向充裝管道系統的旋轉接頭應有良好的自潤滑性和耐磨性，并能在磨損時實現自補償，保證系統長期使用后的密封性和安全可靠性。④萬向充裝管道系統操作輕便省力，可減輕裝車工人的勞動強度。

2.3 靜電接地控制系統

液化單體烴產品充裝過程中會產生靜電，如果靜電得不到有效的控制就有可能釀成重大事故?，F在對危險化學品充裝過程中產生的靜電危害，主要采用的是靜電接地法。靜電接地是消除導體上靜電簡單又有效的方法，是防止靜電的最基本的措施。

靜電接地控制系統主要由控制器(帶聲光報警)、靜電接地夾、工作狀態板、接地線、安全隔離器等組成。它利用靜電接地夾自動檢測罐車的接地狀況，罐車與接地極之間的回路電阻超過規定阻值后立即發出聲光報警信號，供現場人員及時了解系統工作狀況。

通過對各種靜電接地控制系統的研究，液化單體烴充裝站的靜電接地控制系統應滿足以下方面要求:①靜電接地控制系統能夠有效地將充裝過程中產生的靜電導入接地極;②靜電接地控制系統能夠發送報警信號控制自動充裝控制系統;③靜電接地控制系統性能穩定，工作可靠。

3 現場實施效果

2008年，對充裝站進行了全面改造。通過近年來這充裝站的運行來看，新液化單體烴充裝系統運行穩定、安全可靠。該充裝系統的應用提高了單體烴充裝計量精度，實現現場和遠程控制、監視功能，提高充裝效率、減少充裝損耗、減輕操作人員勞動強度;防超裝和超裝報警裝置杜絕了人工操作容易出現的超裝事故;緊急停車功能實現了緊急情況下的自動保護;萬向充裝管道系統解決了充裝軟管存在的安全隱患問題;先進的靜電接地保護系統提高液化單體烴充裝安全性。實現了充裝站安全平穩運行，提高了經濟效益和安全效益。

4 結論

將液化單體烴自動充裝控制系統應用于液化單體烴充裝站，摒棄了原液化單體烴充裝系統繁雜的手動操作模式，實現了充裝過程的自動監控管理，提升了充裝站設施技術水平和系統本質化安全水平;創造性地將靜電接地控制系統與自動充裝控制系統相融合，當液化單體烴充裝過程中產生的靜電不能及時釋放時，可以使自動充裝控制系統無法啟動，杜絕可能出現的事故，提高了裝車安全性。在萬向充裝管道系統的現場應用中，根據現場情況，對其結構進行了技術性改進，減少了液化單體烴現場損耗，更加符合現場的安全要求。

［1］陳洪全，岳 智.儀表工程施工手冊［M］.北京:化學工業出版社，2005.

［2］陸德民，張振基，黃步余，等.石油化工自動控制設計手冊.第3版［M］.北京:化學工業出版社，2000.