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现代油品罐区仪表自动化设计
点击次数:766 发布时间:2015-04-21

1、罐区自动化系统架构
本文介绍的现代罐区自动化系统架构主要由三个子系统组建而成:(1) 液位计总线系统;(2) 电动阀总线系统;(3) 定量装车系统。
以上三个子系统在现场层相互独立,但在罐区过程控制系统的控制层中又可互相交换数据,以实现对现场的逻辑联锁、控制。
2、液位计总线系统
目前库区使用zui多的液位计型式为雷达液位计以及伺服液位计。两者测量原理不同,但又有着各自不可替代的优点。
雷达液位计是现代罐区使用广泛的测量手段之一。由于雷达波为电磁波的特点,只要被测介质的介电常数在雷达可测范围内,雷达液位计都可对其进行连续、准确的测量,精度可达到±1mm。其测量几乎不受温度、压力、气体等影响。可解决强腐蚀、重挂料等测量场合的测量问题。
伺服液位计基于力平衡的原理,由微伺服电动机驱动体积较小的浮子,使其中地进行液位或界面测量。由于浮子可以zui直接反应物料的液位,其度可高达±0.7mm。伺服液位计还有密度测量及水位测量的功能。在成品油、丙烯、LNG等领域有着广泛的使用业绩。
融合了现场总线技术的雷达液位计及伺服液位计,对于大型罐区较为分散的信号采集显得更为便捷。
2.1 液位计总线架构

单个储罐的控制核心即为对储罐液位的检测及控制。如图1所示,温度信号及压力信号进入液位计表头,与液位计测得液位数据一起打包成总线协议接入现场防爆接线箱(总线协议
可为MODBUS RTU或各厂家自主协议)。液位计总线通过在接线箱内端子跨接汇出一根电缆进入控制室。
为了便于罐区巡检,一般可在储罐旁设置罐旁指示仪,罐旁指示仪可显示储罐的液位、温度、压力参数。不同厂家的液位总线产品有各自不同的架构,但基本大同小异。
3 电动阀总线系统
3.1 PROFIBUS总线简介
PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写,是面向工厂自动化和流程自动化的一种国际性的现场总线标准。PROFIBUS中主要包含有PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-PA三个子集,以满足工厂网络中的多种应用需求。其中,PROFI?BUS-DP是专门为自动控制系统与设备级分散I/O之间的通信而设计的,用于分布式控制系统设备间的高速数据传输。
本文中所介绍的电动阀总线系统是基于PROFIBUS-DP总线的架构。
3.2 电动阀PROFIBUS-DP总线架构
如图2所示为典型的电动阀PROFIBUS总线架构。

罐组内的电动阀间采用PROFIBUS-DP总线连接,罐组间及罐组至控制室的连接采用光纤传输。增加光纤通讯模块一方面很好地解决了长距离传输所带来的限制,另一方面冗余的光
纤环网提高了整个电动阀总线系统的可靠性。
在设计整个电动阀PROFIBUS-DP总线系统架构的时候,需要注意几点:
(1) 阀门数量
每个物理网段zui大可以接入32个阀门。所以,当阀门数量较多时, 可使用中继器进行网络拓展。每个中继设备(RS-485中继器、OLM) 也作为网络中的一个物理站点,但没
有站号。带中继器时理论上zui多可连接127个站点。
(2) 通讯距离
网络的通讯波特率为9.6Kb/s~12Mb/s,通讯波特率与通讯的距离具有一定的对应关系(见表1)。当传输距离超出所使用速率的限制时,须增加中继设备。可使用RS-485中继器或转换为光纤进行传输。
如果网络中涉及到分支电缆,则应注意分支电缆的长度应当严格遵守PROFIBUS协议规定,即分支电缆的总长度不应超过规定长度。

3.3 终端电阻
每个物理网段的终端都需要设置终端电阻或使用有源电阻。
4 定量装车系统
4.1 罐区装车发油简介
发油计量是罐区储运装置必不可少的一个环节,传统罐区大多采用人工发油、过磅交接、手动记录数据等方式来完成。
但人工发油操作随意性强、不安全可靠,容易发生冒顶事故;过磅交接猫腻多,容易产生贸易纠纷;手动记录数据容易产生差错,和开票系统不能数据共享,不便于库区管理对交易数据的统计分析。所以近年来定量装车系统已经成了越来越多库区的方案。
4.2 定量装车系统
定量装车系统中所采用的控制设备即为定量发油控制器,可安装在发油鹤位处的防爆区域内。其发油控制指令来自一体化键盘或上位机控制。如图3所示为单鹤管的装车流程

FT-H101 为装车用流量计,FXV-H101 为装车控制阀,ES-H101为装车鹤管的静电接地开关,LS-H101为装车鹤管的溢油开关,FQC-H101为批量发油控制器。现场流量计、切断阀、静电/溢油保护器的信号送入批量发油控制器,通过批控器进行数据处理并控制。批控器与上位机进行通讯将现场采集的信号送入控制室进行数据记录、分析、监控。
4.3 装车流量计
对于轻柴油等轻质油品,目前大部分先进罐区都是用计量交接级科里奥利质量流量计。这是一种可直接测得质量流量的流量计量仪表,其输出信号直接反映质量里流量。科式力流量计的工作原理为:利用流体在振动管中流动时,将产生与质量流量成正比的科里奥利力来测得流体的质量流量。实现了真正意义上的高精度的直接质量流量测量,具有抗磨损、抗腐蚀、可测量多种介质及多个参数等诸多优点。
4.4 装车控制阀
为了消除在装车过程中存在的“水锤"现象,并且提高装车精度,装车系统中一般选择可多段启、停的装车多级控制阀。对于轻柴油等轻质油品,数控电液阀是目前装卸车较为常
用的一种阀门,它通过电磁阀及管道内流体自身压力来控制阀门开闭的一种自力式控制阀。数控电液阀可接收批控器发出的数字信号,分两级开启、多级关断,避免产生管线振动、水机、泡沫、喷溅、静电等。
除了电液阀,还有气动二段阀、电动阀等多种选择。但无论是电液阀、电动球阀还是气动二段阀,都是有多级阀位从而达到装车时多段控制的目的。
4.5 定量发油控制流程
正常操作发油时,操作人员将上装鹤管或下装软管与槽车连接好后,将静电接地与溢油开关连接就位。此时,如批控器采集到相关信号正常,且没有其他保护信号时,即可进行发油操作。但是,若现场不具备发油条件时(如静电接地夹没有正确连接),则装车阀及发油泵都不会被启动。具备发油条件后,现场操作人员按下发油按钮,即开始进行发油。发油泵启动、控制阀开启、计量流量计开始计数并将数据送入批量发油控制器进行数据分析处理。当刚开始装车时,批控器给控制阀小开度,以防止水锤现象。待管道内介质压力平衡后,批控器发出信号使控制阀达到全开,以实现zui大流量快速装车,缩短装车时间。当流量计计量值接近设定发油量时,批控器再次给控制阀一个小开度,以提高装车精度。当
流量计计量值达到设定发油量时,批控器发出信号将控制阀全关。
为防止装车冒顶事故,鹤管上带有防溢油开关。当槽车内液位漫过开关位置时,防溢油开关给批控器一个接点信号,批控器自动关阀停泵。

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