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定量装车控制系统设计应用

定量装车控制系统设计应用
1、 定量装车系统介绍
油品装车外运是石油炼制和销售一个关键步骤。近几年，中国石油企业油品装车普遍采取定量装车控制系统，实现油品装车过程自动化、生产管理计算机化和信息管理网络化。定量装车控制系统计量精度高，劳动强度低，安全性高，环境保护性好，大大提升了企业管理水平和销售效益。
2、 定量装车系统构架方案介绍及比选
现在油品灌装定量装车系统关键分为2类：集中式定量装车系统和分布式定量装车系统。
2.1集中式定量装车系统
  集中式定量装车系统关键由现场装车仪表、可编程控制器(PLC)和上位机组成。现场每个鹤位装车仪表信号接入控制室PLC，PLC完成现场装车数据采集和集中管理，由控制室操作人员向对应装车鹤位发出控制指令，实现油品灌装自动控制。
2.2分布式定量装车系统
分布式定量装车系统关键由现场装车仪表、批量控制器和上位机组成。在现场每个鹤位设置1台批量控制器，现场装车仪表信号接入批量控制器，由批量控制器完成油品灌装自动控制，防溢油、防静电安全联锁保护。同时现场批量控制器可经过通讯网络实现控制室集中管理。实现了油品自动灌装分散控制、集中管理。

图2-1：集中式定量装车系统图

图2-2；分别式定量装置系统图
2.3定量装车系统构架比选
两种装车系统构架中，全部各自存在优缺点，在设计过程中，应依据现场实际情况进行合理配置。
表2-1：定量装车系统构架比选
系统构架对比

分布式
集中式

关键设备
上位机+定量装车仪+现场仪表仪表
上位机+PLC+现场仪表
主设备投资
少于20鹤位时，投资较低
多于20鹤位时，投资较低
材料及施工投资
电缆进装车仪，电缆少，施工量小
电缆进控制室，电缆多，施工量大
操作性
强，控制室监控管理，现场操作
弱，操作全部在控制室，现场无法操作
安全性
故障点分散，部分鹤位故障不影响其它鹤位装车
故障点集中，一旦PLC故障，整个装车停止工作
可扩展性
方便，只需安鹤位扩展
不方便，需考虑系统余量，施工麻烦
可维护性
强，可单鹤位断电维护
弱，全部停电才能维护
现在，分布式定量装车系统因其安全性高，扩展性好、维护方便等优势在炼油企业和销售油库油品装车控制中占有主导地位。
3、 定量装车系统检测仪表介绍及比选
定量装车系统现场仪表关键包含：温度计（质量流量计时可取消）、流量计、装车控制阀、防静电开关、防溢油开关等。在项目设计中，应依据油品性质、计量交接方法及项目投资进行现场检测仪表选型。
3.1油品计量交接方案介绍及比选
在石油炼制和销售企业中，油品自动灌装计量交接及装车控制方案关键有：
方案一：地衡（计量交接和装车控制）；
方案二：地衡（计量交接）+质量流量计（装车控制）；
方案三：地衡（计量交接）+体积流量计（装车控制）；
方案四：质量流量计（计量交接和装车控制）；
方案五：体积流量计（计量交接和装车控制）。
方案一：在每个装车鹤位安装一台地衡，地衡称重数据用于计量交接，同时直接参与批量控制器装车流量控制。
该方案出场计量精度高、装车控制精度高，不存在多装或少装情况，灌装场装车效率高；地衡标定简单，但标定工作量大，标定费用低，地衡投资高。
方案二：在装车场出入口安装一台地衡，分别对空车和重车进行称重，地衡称重数据用于交接；在每个鹤位安装质量流量计用于装车流量控制。
该方案出场计量精度高、装车控制精度高，基础不存在多装或少装情况，灌装场装车效率高；地衡标定简单，标定工作量小，标定费用最低，地衡、流量计投资高。
方案三：在装车场出入口安装一台称重地衡，分别对空车和重车进行称重，地衡称重数据用于交接；在每个鹤位安装体积流量计用于装车流量控制。
该方案出场计量精度高、装车控制精度较高，偶然存在多装或少装情况，灌装场装车效率较高；地衡标定简单，标定工作量小，标定费用最低，地衡、流量计投资较高。
方案四：在每个鹤位安装质量流量计用于计量交接和装车控制。
该方案出场计量精度高、装车控制精度高，灌装场装车效率高；质量流量计标定难、标定费用最高，流量计投资高。
方案五：在每个鹤位安装体积流量计用于计量交接和装车控制。
该方案出场计量精度较高、装车控制精度较高，灌装场装车效率高；体积流量计标定难、标定费用高，流量计投资最低。
表3-1：计量交接方案比选
选型方案

计量精度
装车精度
装车效率
标定
安装
投资
方案一 （地衡）
高
高
高
简单，标定量大，费用低
难
高
方案二 （地衡+质量）
高
高
高
简单，标定量小，费用最低
方便
高
方案三 （地衡+体积）
高
较高
较高
简单，标定量小，费用最低
难
较高
方案四 （质量流量计）
高
高
高
麻烦，标定量大，费用最高
方便
高
方案五 （体积流量计）
较高
较高
高
麻烦，标定量大，费用高
难
最低
实际项目中，方案二和方案三使用最多，对于民营炼油企业，从降低投资考虑，优先选择方案三；对于国有炼油企业或油品含杂质较多时，可优先选择方案二。方案一使用较少，除非业主提出明确需求，现在在镇海炼化装车控制中有使用。方案四和方案五使用也较少，这两种方案后续运行成本太高，而且交接时轻易引发买卖双方纠纷，通常适适用于内部企业间油品转运。
3.2装车控制阀介绍及比选
装车控制阀关键作用有一是确保油品贸易交接时控制精度，二是在装车鹤管浸没前，以小流量装车，预防流量太高产生静电造成危险，三是在装车快结束时，实现分段关阀，预防管道产生“水击”。现在装车用控制阀关键有：气动两（多）段式开关球阀、数控电液阀、电动V型球阀和气动调整阀。
气动两段式开关球阀提供了一个0~45~90或0~90~180操作方法，关键由主阀及双气缸气动实施机构组成。
数控电液阀经过数控方法现场多段开关，关键由主阀、两个电磁阀和两个手动针芯阀组成（关速调整阀和开速调整阀）。电液阀开启、关闭或保持是利用管线内介质压力，由电磁阀控制主阀阀瓣两端压力差来实现，电磁阀由批量控制器控制。

图3-1：电液阀控制原理示意图

图3-2：定量装车系统发油装车流量曲线图

表3-2：装车控制阀比选
阀门选型方案

气动两段阀
数控电液阀
气动调整阀
电动V型球阀
介质适应性
全部介质
粘度高、腐蚀性强介质不适用
全部介质
全部介质
控制性能
实现多段开关，速度快
实现多段开关，速度快
可实现PID条件，控制效果最好
实现多段开关或调整，速度慢
密封性
好，可达成Ⅵ级
很好
不好，通常做到Ⅳ级
好，可达成Ⅵ级
外部条件
需气源，24V或220V电源
无需气源，需24V或220V电源
需要气源，AO输出信号，24V电源
无需气源，需220V或380V电源
附件
电磁阀+过滤器+阀位回讯
电磁阀，无阀位回讯
阀门定位器
阀位回讯
投资
高
低
高
最高

在实际项目设计中，对于独立成品油或化工品油库，因为没有仪表气源，油品性质好，可优先选择数控电液阀；对于独立原油油库，因为没有气源，同时考虑油品中含有杂质，可优先选择电动V型球阀；对于炼厂成品油装车，往往有可靠仪表气源，同时炼厂装车产品种类多，油品性质差异大，可优先选择气动两段阀，该阀门对多种油品适应性好。
4、 油品自动装车系统集成
油品自动装车不仅关系到炼油、销售企业经济效益，同时也关系到企业安全和环境保护要求。一个完整油品自动装车往往有多套系统组成，其关键包含：门禁系统、地衡称重系统、视频监控系统、定量装车系统、销售开票系统、周界安防系统等。各系统需要相互配合，共同确保装车现场安全、可靠。
门禁系统关键包含：读卡器、门禁上位机、门禁管理软件。
地衡称重系统关键包含：称重地衡、地衡上位机。
视频监控系统关键包含：摄像头、视频监控上位机。
定量装车系统关键包含：温度计、流量计、装车控制阀、防静电开关、防溢油开关、批量控制器、上位机、监控软件、报表打印机。
销售开票系统关键包含：读卡器、开票计算机、开票管理软件、票据打印机。
周界安防系统关键包含：围栏探测器、报警器、监控上位机。
5、 油品自动装车步骤
油品装车基础程序以下：
进场确定：空车至停车场，如司机持IC卡入库可进行一卡通自助发油；如司机持提货单可在销售控制室进行业务确定并换成IC卡。司机在门口打卡确定身份，确定经过后自动门禁道闸起杆许可进入装车场。
进行装车：空车经地衡，称量空车重量，然后将车开至指定鹤位，刷卡确定身份并从系统获取预装量。司机接好鹤管、接好油气回收软管、接好防静电接地装置，如一切正常，按“开启”按钮，开启确定后，按程序打开装车控制阀，到预装量时，按程序关闭装车控制阀，完成装车。操作人员能够经过计算机以画面或文字方法全方面监视整个现场装车工况。
装车完成：司机将鹤管、油气回收软管、防溢防静电接头等取下放回装车停靠设施，操作无误后，司机将车开至地衡，称重并在门口刷卡打印装车清单，驾驶车辆出场。
一切报警及操作内容均由操作站自动统计，无法修改。杜绝各类经济犯罪，维护企业利益。为确保装车安全，在每个鹤位设置静电接地保护器和防溢液位开关，一旦静电接地不可靠、断开或有冒车可能时，联锁切断进料。
图5-1：油品装车步骤图
6、 总结
油品定量装车系统在炼油、销售企业中应用是一个肯定趋势，在企业承接多个项目中也得到了大量应用。本文经过在定量装车控制系统方案比选，使得在实际项目标设计过程中，能够进行灵活系统搭配，在满足装车系统正常使用情况下，尽可能降低项目投资，提升经济效益。