近年來, 大鶴管裝車技術已逐漸被越來越多的石化企業和大型油庫所采用。由于其采用集中裝油方式, 實現了裝車自動化控制, 降低了工人勞動強度, 且具有棧臺占地面積小、裝車損耗低、便于維護和管理等特點受到了很多企業的青睞。但是為了更好的利用大鶴管裝車系統, 人們對它的要求已不僅僅是定量裝車, 而是要求其達到貿易交接的計量精度要求。因為只有裝車系統提供的計量數據直接用于貿易交接才能取消人工槽車檢尺的落后計量方式, 從而使裝車、計量工作效率進一步提高。

目前許多公司在用的大鶴管裝車系統由于設計之初對精確計量要求考慮不足, 致使系統存在許多對計量精度造成影響的不利因素, 系統計量精度不能達到貿易交接的要求。如果將大鶴管裝車系統用于貿易交接計量, 按照計量法要求應該依法進行周期檢定, 但國家目前沒有出臺相關技術標準。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, 檢定結果與實際情況存在一定偏差。對于這些問題, 本文基于呼和浩特石化公司大鶴管裝車系統計量改造實踐, 對大鶴管裝車系統實現精確計量, 滿足貿易交接計量要求方面進行探討。

該公司大鶴管裝車系統分為東、西兩個棧臺, 每個棧臺各有兩個鶴位。從罐區到裝車棧臺共四條裝車線, 其中兩條為汽油線, 兩條為柴油線。裝車時可通過流程切換實現兩個品種分道裝車, 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。也可以四個鶴位全部裝汽油或者柴油。大鶴管棧臺分布情況如圖1所示。

該裝車控制系統是以西門子S7-400中央處理器做為Profibus-DP網絡的主站, 并通過網絡連接2個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從站是由數字量輸入模塊 (DI) 、數字量輸出模塊 (DO) 、模擬量輸入模塊 (AI) 、計數器模塊 (FM350) 組成。它是系統的控制核心, 所有現場的操作和信息的獲取都通過它實現。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 (上位機) 的控制信號、液位開關來的液位到限信號和閥門狀態及各種自動的到限信號。通過輸出模塊對小爬車 (小爬車) 電機的前、后動作, 液壓泵的停、啟, 鶴位的前進、后退上下移動, 接油斗的提起和放下, 以及各種閥門的開關, 實現裝車過程中的手動控制和自動控制。

裝車時操作人員利用控制臺控制小爬車對位, 放下大鶴管, 并設定裝車量。啟泵后按啟動按鈕開始裝車。PLC根據流量計傳輸的流量信息通過調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。當裝車量達到設定值時, PLC控制電液閥關閉, 操作人員通過控制臺控制收起大鶴管, 對位下一節罐車。

大鶴管裝車不是一個管線流量、壓力穩定運行的過程。每個鶴位每裝完一節罐車就需要關閉電液閥, 升起鶴管, 重新對位下一節罐車。且為了裝車安全和定量控制的需要, 對每節罐車裝車時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。每個鶴管的啟停都會對其它鶴管裝車的流量和壓力造成影響, 各鶴位流量、壓力就會呈無規律變化狀態, 從而影響流量計的計量準確性。

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, 流量計量程0-400t/h, 因此將大鶴管最大流量控制在流量計最佳流量點, 滿量程的80%, 即320t/h。對四個大鶴管選擇兩兩連鎖控制, 當只有一個大鶴管裝車時開一臺泵, 兩臺大鶴管裝車時開兩臺泵。由流量曲線圖圖4可以看出, 進行連鎖控制后, 互為連鎖的兩個鶴管裝車流量平穩切換, 進棧臺的管線總流量可保持平穩, 鶴位工況趨于穩定有利于流量計準確計量。

該大鶴管裝車系統四個鶴位流量計全部選用emerson質量流量計, 離線檢定計量精度均優于2‰, 可以滿足精確計量的需要。但是質量流量計實際應用的計量精度受到多方面因素的影響。由于目前大鶴管裝車系統都是以撬裝的方式安裝, 流量計一般都安裝在棧臺上, 距離液壓站、鶴管距離近, 鶴管升降時產生的震動對流量計計量精度存在一定影響。

從圖2可以看出, 消氣過濾器、流量計、電液閥全部安裝在大鶴管撬裝棧臺上。裝車時油品依次經過消氣過濾器、流量計、電液閥, 然后順管線向下彎頭經大鶴管后進入罐車。當電液閥全開時, 必然造成流量計背壓過低, 從而影響計量準確性。對于這一情況, 進行計量改造時在電液閥與鶴管之間加裝一段向上約3m高的彎頭, 并安裝了調節閥對流量計背壓進行調節。改造后這一情況得到改善。鑒于以上原因, 我們認為大鶴管流量計不應安裝在棧臺上, 而應安裝在棧臺外沒有振動源的地方, 流量計下游管線可向上至棧臺的二層平臺, 這樣可以同時解決震動及流量計背壓不足造成的影響。

油品介質中在輸轉過程中產生的氣體、雜質對流量計的計量精度具有一定影響。消氣過濾器是流量計附屬設備之一, 應具有自動排氣、過濾雜質的作用, 從而保證流量計計量精度。在對原大鶴管裝車系統進行檢查時發現消氣過濾器排氣閥門因損壞而處于長期關閉狀態, 這樣將使消氣過濾器無法發揮自動排氣的功能。經對其進行修復, 使其恢復了自動排氣功能, 從而排除了油品之中的氣體對流量計計量準確性的影響。

在每節罐車裝油結束后, 鶴管內存油都會落入罐車, 從而使鶴管形成空管。當下一節罐車裝車時, 經過流量計計量的油品首先會充滿鶴管, 然后進入罐車。裝車結束時落入罐車的鶴管存油會補回裝車開始時充滿鶴管所用的油品, 因此理論上來說, 進入每節罐車的油品與經流量計計量的油品數量是一致的。

但是如果鶴管與電液閥之間的管線是水平的, 當裝車結束, 鶴管內存油落入罐車時, 水平管線內的油品也會進入罐車, 這時因電液閥已經關閉, 水平管線內油品在上游沒有壓力的情況下不能快速流凈, 這樣在鶴管升起時會造成部分油品損失, 從而產生計量誤差。對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, 使裝車結束時彎頭頂部下游一側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量誤差。為了避免管線存油下落過程中管線內出現的真空產生虹吸效應, 應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入槽車。

目前定量裝車系統多采用批控器與電液閥結合以實現對裝車流量的控制。本大鶴管裝車系統選用的是丹尼爾788型電液閥, 它的工作原理是:電液閥的主閥是由兩個電磁閥控制, 當兩個電磁閥加電時, 主閥開啟。批控器能夠自動對電磁閥進行送電和斷電, 通過兩個電磁閥把主閥開啟、關閉或調節到所需流速的特定位置。它的特點是由批控器自動控制, 實現低流量啟動、高流速控制、低流量關閉和最終截斷。通過在不同管線壓力下使介質保持恒定流速, 以保證流量計在最高精度下工作。

我們在實際應用中發現, 批控器對電液閥的控制不宜進行精確控制, 而應進行流量范圍控制, 以減少電液閥對流量的調節頻次, 使管線流量穩定在一個適當的范圍。電液閥頻繁調節會使管線流量呈波浪線型波動。如果選用的控制閥反應過程慢, 流量調節不到位, 也會造成批控器頻繁發出調節指令, 造成流量異常波動, 不利于流量計準確計量。

在裝車過程中客觀上存在裝車損耗。裝車時油品揮發的油氣經油氣回收系統回收處理, 返回儲罐。這部分經過流量計計量但并沒有進入罐車, 由于其不可單獨計量, 所以只能按照GB11085-89《散裝液態石油產品損耗》規定的裝車損耗定額計算裝車損耗量并從流量計計量結果中扣除。

按照JJG1038-2008《科里奧利質量流量計檢定規程》規定, 在質量流量計計量檢定時對標準衡器的質量示值進行了修正, 使標準衡器計量結果轉換為真空中的質量后對流量計計量結果進行校準。因此, 流量計計量結果測量的是油品在真空中的質量。而我國貿易計量采用的是“空氣中的重量”。所以應按照GB/T9109.5-2009《石油和液體石油產品油量計算動態計量》中規定的空氣浮力修正系數對流量計計量結果進行修正。

對大鶴管裝車系統的標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, 檢定結果與實際情況存在一定偏差。

我們認為, 對大鶴管裝車系統計量準確性標定的最佳辦法是以靜態軌道衡作為計量標準進行標定。靜態軌道衡計量精度優于1‰, 完全可以滿足作為大鶴管裝車系統計量標準的需要。利用靜態軌道衡稱重的方法對大鶴管裝車系統進行標定不受裝車過程的影響, 只對裝車結束后罐車實際裝油量進行計量, 能夠客觀反映裝車流量計的計量準確性。該公司在計量改造結束后使用軌道衡對三批經大鶴管裝車的鐵路罐車進行靜態稱重, 稱重結果與大鶴管裝車系統計量結果的部分比對數據見表1。從比對數據可以看出, 經過計量改造的大鶴管裝車系統計量精度達到了3‰以內, 計量性能穩定可靠。 (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行收油量的復核。而罐車檢尺計量誤差7‰, 大鶴管裝車系統計量誤差3‰, 兩種計量方式客觀上存在計量差異。我們在經過多次數據比對后發現, 一批罐車中檢尺數據與大鶴管裝車系統數據差量超過3‰的情況總是存在, 而且有時所占比例還比較大, 但是整批罐車的總差量基本都在3‰以內。經過靜態軌道衡標定后, 我們認為流量計計量結果比較穩定, 不存在忽高忽低的現象。每批罐車檢尺操作方法等因素也都相同, 我們認為比對誤差的主要來源是鐵路罐車容積表。由于鐵路罐車這種計量方式存在較大的計量誤差, 我們認為油庫應嘗試采用計量精度較高的大罐計量 (計量誤差3.5‰) 或其它可行的計量方式來取代罐車檢尺的計量方式, 避免對收油盈虧問題做出錯誤判斷。

該公司在此次大鶴管定量裝車系統的計量改造過程中取得了一些經驗教訓, 通過改造使大鶴管裝車系統滿足了貿易交接計量精度的要求, 但是受原有設施及環境所限, 其中還有許多不足之處, 大鶴管裝車系統的計量精度還有進一步提升的空間。隨著大鶴管裝車技術的不斷改進和完善, 相信與其相關的計量問題必然會逐步得到解決。大鶴管裝車技術以其自動化程度高、安全、環保等優勢必然會進一步得到廣泛應用。