LPG装车控制系统的开发与应用.pdf

2012年 第 3期 炼 油 与 化 工 R E FIN IN G A N D C H E M IC A L IN D U ST R Y 3 9 L PG 装车控制系统的开发与应用 纪健梅 董树新 赵东旭 大庆石化公 司炼油厂 黑龙江 大庆 163714 摘要 大庆石化公司液化气栈桥在原有的仪表设备基础上设计了LPG 火车栈桥液化气装车控 制系统 该控制系统已经服役 1 a 应用于罐车静电接地与自动装车系统联锁和安全流速控 制 可以提高计量精度 避免人为差错 减少贸易纠纷 提高了生产运行及管理 自动化水平 保 证了液化气装车过程的安全操作 关键词 LP G 控制系统 液化气 装车 中图分类号 TP273 文献标识码 B 文章编号 1671 4962 2012 03 0039 03 大庆石化公司液化气火车栈桥 主要负责 2套 共计 2 400 kt a重油催化装置生产的液化气 丙烷 丙烯等液化烃类产品的火车出厂装车工作 该栈 桥于 1990 年建成 原栈桥整个装车过程都是人工 手动完成操作 为提高栈桥装车 自动化程度 2010 年开发了火车栈桥 LPG 装车控制系统 1 栈桥装车系统 1 1 系统工作原理 LPG 火车栈桥设计有 8 个装 车鹤位 该系统要 满足 8 个鹤位付气作业的控制及管理各项功能要 求 现场操作员顺序接通LPG 液相鹤管及气相鹤 管 逐车接通静电接地报警器 现场控制计算机设 置相关付气信息 向现场发出 就绪 信号 现场操 作员接收后即可操作现场操作柱 启动 按钮 计 算机即可自动开阀 质量流量计同时计量液相LPG 及气相 LPG 的流量并在 PLC 中进行运算 当装车 量接近预装量时 通过 自适应 STC 控制算法逐次 关小调节阀开度 直到达到预装量 时 计算机 自动 等问题 2 2 操作的简易性 多次开停工和正常生产操作证 明 系统设计 自动化程度高 操作画面直观 操作简易 系统和 画面信息全 为操作人员 的正常监盘和操作提供 了便利条件 也减少了操作错误的几率 2 3 系统的安全性 1 紧急联锁停工和安全联锁系统设计成故 障安全型 由于使用 PCS7一 FH 故障安全系统完成 停工逻辑 安全可靠且反应速度快 因此反应器有 关 的紧急联锁停车 采用快速 的 PCS7一 FH 系统实 现 2 工艺过程的极关键检测点均采用 PC S7一 FH 专用故障安全系统处理 以达到系统安全要求 3 紧急停工系统及安全联锁系统均符合安 全等级要求 3 结束语 该控制方案解决 了高压反应器压力控制容易 产生波动 参数设置难以掌握的隐患 使工艺生产 准确度大幅提高 解决 了风送系统多年来 三段至 五段无法 自动投用和备用风机不能 自动切换等问 题 消除了开停工过程操作参数不直观 联锁放空 误动作的安全隐患问题 参考文献 1 西 门子有限公司自动化驱动集团 SIM ATIC PCS7 User Manual M 出版者不详 2007 58 62 2 西门子有限公司自动化驱动集团 W INCC 组态手册 M 出版者 不详 1999 147 150 3 西门子有 限公司 自动化驱动集团 s7 400 Instructi on Li st M 出 版者不详 2004 202 210 4 西门子有限公司 自动化驱动集 团 SIM ATIC S7 400H 容错系统手 册 M 出版者不详 2008 77 79 5 西门子有限公司自 动化驱动集团 STEP7编程手册 M 出版者不 详 2006 32 36 收稿 日期 2012 03 28 作者简介 马英彤 男 工程师 1995年毕业于东北重 型机械学院 现 从事化工生产过程控制管理工作 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 炼 油 与 化 丁 40 REFIN ING AND CH EM ICA L INDUSTRY 第 23卷 关 闭液相调节 阀的末段开度 同时关 闭液相鹤管 的切断球阀及气相鹤管上的切断球阀 完成付气 作业 将现场信息通过网络上传给上位管理计算机 进行 监控管理 该 系统亦可通过上位管理计算机 直接下达付气指令 进行付气作业 1 2 液相和气相的控制 当管道 内出现气化状态 时 流量计将产生误 差 误差的大小随气化程度而异 装车刚开始时 由于空车残压可能很低 当刚刚打开装车控制阀 的时候 如果阀门开度过大 流经流量计液化气可 能气化 这时流量计将产生大 的误差 因此 开始 装车时 阀门给 出 1个小开度 随着液化气进入空 车 车内压力逐渐提高 阀门再逐渐开大 同时保 持一定的安全流速 防止静电荷过度 累计现象 的 发生 为 了控制气相和精 确计 量气相 回流量 防止 其它槽 车装车时气相压力变化造成的气相倒灌 在每个鹤位 的气相总管和气相流量计之间安装止 回阀 控制阀使用气动两位式切断阀 开始装车时 计算机根据气相一 液相平衡原理 延时打开气相阀 门 1 3 安全流速控制 国家标 准规定铁路罐 车采用顶部装车时 鹤 管应插入到罐车的底部 装车速度应满足关系式 0 8 式 中 介质流速 m s 一 鹤管直径 m m 计算后 4 0 m s 该速度系规范允许的最 高流速 而现场 实际操作速度 V 实 际 7 36 m s 按 装车速度 30 t h 计算 已经超出安全范围 因为在 装 车时 静 电荷产生的多少与充装介质的体积流 速成正 比的 长时间工作在不允许 的超速状态极 易引起静电火灾或静 电爆炸 因此该 系统要设计安全流速控制系统 该系 统 由各鹤位上压力变送器 鹤管上液相质量流量 计 调节阀 切断阀 气相回流管上气相质量流量 计 切断阀与PLC 等构成 计算机根据检测每台鹤管灌装时的流量即可 计算出在线流速 经与安全流速对 比后 如果流速 过高 即关小液相调节阀的开度 降低流速 直到 运行在安全流速范围内 消除安全隐患 1 4 在线压力补偿控制算法 质量流量计 的误差是指仪表的测量精度 该 精度只是制造厂标明的仪表精度 而在各种限定 工艺条件下误差就完全可能与制造厂家标 明的仪 表精度有较大差值 因此 在精确测量 时要 充分 考虑 应用环境因素 具体的影响因素包括 工 艺介质的温度变化 工艺介质的压力变化 环境温 度变化 流速的振动值 在进行测量精度计算时要 加 以考虑 质量流量计 的综合误差 式 中 一 综 合误 差 6t3 一 基 本误 差 6T 一介 质温度 附加误差 一 静压附加误 差 介质温度一般变化 不大 在系统设计 中可不 予考虑 该 系统可 以是单独一个 鹤位 在工作 亦 可几个鹤位 同时工作 其静态压力变化较大 质 量流量计的流量 系数在不 同压力下是 变化 的 而 质量流量计驻存 的流量系数是离线标 定的 其标 定是在一固定压力下进行 的 当实际运行 时 被 测介质的压力发生变化 了 质量流量计 的流量系 数没有同步跟随变化 所 以压力变大变小都会产 生差量 流量计的压力效应修正值见表1 表 1质量流量计压 力效应数值 流量计型号 压力效应修正 M Pa D L 10 0S D L 20 0 S D L 15 0S D L 15 0 H D S 3 0 0 S D S 3 0 0 H D 600S C M F20OM C M F 200H C M F300M C M F 3O0H C M F 4 0 0 0 Ooo 04 1 37 0 0 0 0 0 5 5 l 6 0 00 0 0 0 2 7 6 0 0 o 0 0 5 5 16 0 00 0 0 34 4 7 0 0OH0 005 52 0 0 0 0 0 0 5 52 0 O o o 0 0 4 14 流量系数修正公式为 新流量系数 原流量系 数 1一 压力效应修正值 P 实 一 P 标 在线 自动 修正流量系数 可以确保该 系统在压力波动时付 气准确 实现公平交易 1 5 自适应ST C 控制算法 根据在线流量 流速及压力参数设计每个LPG 鹤管上液相调节阀的最佳 开度及最佳关 阀时间 以确保实际付气量与预置量误差小于 0 25 自适应 STC 控制算法拓扑结构见 图 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2012 第 3期 纪健梅 等 LPG 装车控制 系统 的开发与应用41 图 l 自适应STC控制算法拓朴结构 其 中STC 专家系统 由5个模块构成 1 知识库 专家整合经验数据 2 响应 曲 线 根据 SV PV M V 经推理得 到过程响应 曲线 3 控制 目标 根据SV PV G t V t 及 P t 等因 素进行规划 4 调整规划 根据响应曲线 控制 目 标 从知识库中求出相应的控制变化量 5 推理 根据 SV PV 及 f t 推导 出对象的阶跃响应曲线或 脉冲响应曲线并给出响应 曲线操作参数 STC 系统 随可 以时观 察设 定 值 SV 测量 值 Pv 控制器的输出值M V 当控制偏差超过sT 的启 动临界值时 控制器开始观察测量信号的特征并 将其与已存人专家系统知识库中的十几种 暂定 响应曲线加以对照 知识库中的响应曲线为目标 整定波形 根据不 同的整定 目标 按最佳条件进行 整定 2 L PG 系统的应用效果 液化气火车栈桥平均每 a 装车 2 400 台 该 系 统投用前 10 的车辆 因充装不足过衡后被送 回栈 桥补量 10 的车辆 因充装超过安全容量不能出厂 送回栈桥卸车 每 台车辆增加运输费用约500元 超量在 1 t左右 超装 的液化气在栈桥被排放到低 压瓦斯内 相当于5 000元 t液化气变成 l 000元 t 的瓦斯 改造后的 LPG 系统每a节约运输费用 500 元 台x2 400 台X 10 10 24 万元 每 a 减少液化气价值 损失 5 000 元 t i 000 元 t x l t 台x2 400 台x10 96 万元 所 以该 系统投 用后每 a 为企业挽 回损 失 120 万元左右 3 结束语 该项 目于 2010 年 10 月初开始运行 系统现运 行正常 解决了液化气火车栈桥无自动控制装车 系统问题 提高计量交接精度 避免人为差错 减 少贸易纠纷 杜绝超装 回卸和少装补量所造成 的 经济损失 提高生产运行及管理自动化水平 降低 操作人员劳动强度 保证操作人员人身安全 效益 显著 参考文献 1 国家标准化委员会 GB T 191 2008包装储运图示标志Is 北京 中国标准出版社 1997 17 19 23 国家标准化委员会 GB T 2423 l 一 2008 电工电子新产品环境试验 s E京 中国标准出版社 2007 25 18 3 国家标准化委员会 GB 38836 1 2000 爆炸性气体环境用 电气 设备 S E京 中国标准出版社 1998 36 39 4 国家标准化委员会 GB T 20728 2006 封闭管道中流体流量的 测量 S 北京 中国标准出版社 1999 11 14 收稿 日期 2012 03 26 作者简介 纪健梅 女 助理工程师 2004年毕业于大庆石油学院石油 化工专业 现从事油气储运管理工作 石化信息 我国千万吨级大型炼油厂腐蚀监测体系实现高效运行 自2009 年9 月以来 独山子石化公司开发的 千万吨级大型炼厂腐蚀监测及评价体系 与新炼油厂同步投运后运行平 稳 为公司含硫原油加工与生产运行调整提供了支持 该项 目获得中国石油201 1 年度科技进步二等奖 取得了具有自主 知识产权的 石化装置腐蚀数据管理评价系统 软件和有关专利技术 该体系采用手段及其应用的完整性 可靠性达到国内 同行业领先水平 中国石油高度重视大型炼厂腐蚀检测及相关技术的研发工作 近年来在集团公司科技管理部 炼油与化工分公司重点 领导和支持下 独山子石化公司在多年哈油加工腐蚀监测经验的基础上