石脑油卸车工艺优化及控制技术的研发 - 图文

石脑油卸车工艺优化及控制技术的研发 The Research and Development of Naphtha Unloading Control Technology

工程领域： 石油与天然气工程

研究方向： 油气储运工程 作

者姓名：

慕常强

校内导师： 安家荣副教授 现

场导师：

黄耀高级工程师

二。一一年十二月

}Il l I I Ill Il I Ir I TIl

Y201 3677

The Research and Developm ent of Naphtha

Unloading Control Technology

A Thesis Submitted for the Degree of Engineering Master

Candidate：Mu Changqiang

Supervisor：Prof．An Jiarong

Huang

Yao College of Pipeline and Civil Engineering China University of Petroleum(East China)

关于学位论文的独创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学(华东)或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。

若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。

学位论文作者签名：

日期：以，·年／夕月7日

学位论文使用授权书

本人完全同意中国石油大学(华东)有权使用本学位论文(包括但不限于其印 刷版和电子版)，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门(机 构)送交、赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存 学位论文。

保密学位论文在解密后的使用授权同上。

学位论文作者签

日期：如11年，胡I El

指导教师签名：

Et期：山It年，五月1

E1

石脑油卸车控制技术的研究与开发 摘 要

铁路槽车运输是我国轻质油品运输的主要方式之一，在实际卸车过程中，因地形、 工艺、气温、大气压等因素的影响，会发生气阻或抽空现象导致卸车时间延长影响生产， 油品挥发损耗增大，槽车内剩余油品量过多，严重者不能正常卸车。

本文主要针对传统的真空辅助卸车方法中存在的问题，对卸车工艺流程进行改进， 提出了一套改进的真空辅助正压卸车工艺，综合应用静电接地报警、高低液位保护、变 频调速等先进自动控制技术，开发了一套PLC智能集成控制系统，将自动控制技术应 用于改进的卸车工艺中，实现了远程数据检测、设备自检、数据上传、画面显示、历史 趋势调阅、报表制作、权限管理与操作记录调阅、仪表记录功能、数据维护等功能的集 成控制，完成了系统的联合调试，达到了安全、高效、智能化卸车操作的要求，改进后 的真空辅助正压卸车工艺有效地提高了卸车效率，降低了损耗及安全隐患。

关键词：石脑油，卸车工艺，控制技术，应用

The Research and Development of Control Naphtha Unloading Technology

Mu Natural Gas Engineering) Changqiang(Petroleum and

Directed by Prof．An Jiarong&Huang Yao

Abstract

The rail tank

car transportation is still one of the

main transportations for light oil in

China．Due to topography，technology，temperature，atmospheric pressure and other factors， vapor lock may occur in the actual process of unloading，The consequences are that unloading time is prolonged while oil volatile loss increases and the amount of oil remaining is too much． To be worse．the light oil couldn’t

be loaded．

This article mainly aims at the problem of traditional vacuum—assistance

unloading

process，while an improved vacuum-assistance positive pressure unloading process has been raised．The technology has the comprehensive application of many automatic

control technics， such as static

grounding alarm，high and low level protector,frequency conversion control

technology．Moreover

to develop a set

of PLC intelligent integrated control system and the automatically control technique is applied to improved process of unloading which can complete the integrated control functions of remote data detection，equipment self-inspection， data upload，read the history trend，the picture shows，statements made，rights management， operation record read，Instrument record function，data maintenance．And completed the joint test of system

which is proved meet the requirements of safe and high-efficient，intelligence

operation of

unloading．The improved vacuum—assistance positive pressure unloading process

can effectively improve the efficiency of unloading，reduce the

consumption and safe hidden trouble．

Key words：Naphtha，Unloading process，Control technology，Application

目 录

第1章前言???????????????????????????????1 第2章石脑油的物化特性及其危险特性???????????????????2

2．1石脑油的组成及用途????????????????????????．．2

2．2主要理化特性???????????????????????????2

2．3主要危险牲????????????????????????????2

2．4储运注意事项???????????????????????????2 第3章卸车时发生气阻和抽空的机理及控制?????????????????4

3．1气阻与泵抽空的形成机理??????????????????????．．4

3．2管路中气体团产生的原因??????????????????????．．5

3．3气阻和泵抽空的控制????????????????????????一6

3．3．1泵入口管线的优化???????????????????????6

3．3．2温度的控制??????????????????????????7

3．3．3大气压的影响?????????????????????????．7 第4章石脑油卸车工艺分析及优化?????????????????????8

4．1简单的卸车工艺??????????????????????????8

4．1．1水环式真空系统????????????????????????8

4．1．2半地下式油泵房卸车??????????????????????8

4．1-3压力卸车???????????????????????????．9

4．1．4滑片泵(转子泵)卸车?????????????????????9

4．1．5潜油泵卸车??????????????????????????9

4．1．6简单的槽车上卸工艺?????????????????????．．10

4．1．7改进后的轻油上卸工艺????????????????????一10

4．2辅助卸车工艺??????????????????????????。11

4．2．1真空辅助卸车工艺??????????????????????11

4．2．2潜油泵正压卸车工艺?????????????????????13

4．2．3卸油工艺的选择原则?????????????????????15

4．2．4改进的真空辅助正压卸车工艺????????????????．15

4．3应用控制技术辅助生产的先进卸车技术???????????????17

8 4．4卸油系统减阻措施????????????????????????．1

8 4．4．1增大油罐车液面的压力?????????????????????1

4．4．2降低油品温度?????????????????????????1 8

4．4．3减小鹤管的阻力损失??????????????????????18

4．4．4采用经济合理的卸油工艺???????????????????．．18

4．4．5设计时宜采用低位集油管???????????????????．．19 第5章应用控制技术的石脑油卸车系统概述????????????????．．21

5．1卸车工艺详述??????????????????????????．．21

5．2石脑油卸车设备总述???????????????????????一22 第6章安全控制措施的实现????????????????????????24

6．1采用静电接地报警器来检测静电接地状况?????????????．．24

6．2在卸车过程中对潜油泵泵轴温升的控制???????????????24

6．3变频技术在卸车过程中的具体应用?????????????????26

6．3．1卸车系统的变频控制原理???????????????????．．26

6．3．2卸车过程中变频控制的实现??????????????????．．26

6．4卸车过程中对真空罐的高液位保护?????????????????28 第7章石脑油卸车系统控制系统的集成??????????????????．．29

7．1控制系统组成概况????????????????????????．29

7．2系统控制?????????????????????????????29

7．3系统操作站???????????????????????????．．30

7．4智能通讯控制器?????????????????????????．30

7．5电源系统????????????????????????????．．3 1

第8章石脑油卸车控制系统概述?????????????????????一32

8．1系统组成????????????????????????????．．32

8．2系统的总体结构?????????????????????????．32

8．3操作站?????????????????????????????．．32

8．4工程师站????????????????????????????一33

8．5组态功能?????????????????????????????33

8．6高级语言环境??????????????????????????．．33

iv

8．7软件备份????????????????????????????．．33

8．8台柜?????????????????????????????????????????34

8．8电缆?????????????????????????????????????????34

8．9电源?????????????????????????????????????????34

8．1 0接地????????????????????????????????????????．34

8．“环境???????????????????????????????????????．34 第9章石脑油卸车控制系统软件介绍???????????????????．．35

9．1操作站组态软件?????????????????????????．．35

9．2工程师站组态软件????????????????????????．36

9．3 ERP软件接口??????????????????????????．．36

9．4操作系统软件及工具软件?????????????????????36

9．5智能通讯控制器?????????????????????????．36 第10章石脑油卸车控制系统实现的功能??????????????????3810．1现场数据监控??????????????????????????．38

l 0．2设备自检????????????????????????????38

1 0．3数据上传????????????????????????????38

1 0．4画面显示????????????????????????????．38

l 0．5历史趋势????????????????????????????．39

l 0．6报表制作????????????????????????????39

10．7权限管理与操作记录???????????????????????39

l 0．8仪表记录功能??????????????????????????40

1 0．9数据维护????????????????????????????40

1 O．1 0远程浏览???????????????????????????．．40 第11章石脑油卸车系统联合调试?????????????????????．41 l 1．1设备单调????????????????????????????4l11．1．1卸油泵低液位综合保护器的调试????????????????41

1 1．1．2电动阀门的调试?

?????????????????????．43

11．1．3离心泵、变频器、软启动器的调试??????????????43

11．1．4罐磁致伸缩液位计调试???????????????????44

11．1．5真空罐高液位报警器调试??????????????????44

11．1．6控制操作站调试??????????????????????．44

11．2系统控制调试流程????????????????????????44

11．3人员组织????????????????????????????45

l 1．4调试步骤?

???????????????????????????45

11．4．1卸车开始调试???????????????????????．．45

1 1．4．2卸车过程调试?

??????????????????????．45 1 1．4．3卸车结束调试?

??????????????????????．．45

11．5应急措施????????????????????????????46

11．6调试记录????????????????????????????．46 第12章石脑油卸车工艺优化控制技术应用效果分析?????????????48 参考文献????????????????????????????????．．49 攻读硕士学位期间取得的学术成果?????????????????????一50

致i射?????????????????????????????????????????????．5

1

中国石油大学(华东)工程硕士学位论文

第1章前言

目前，铁路槽车运输仍是我国轻质油品运输的主要途径之一，在轻质油卸车的实际 过程中，会因地形、工艺、气温、大气压等因素的影响，导致气阻现象的发生，其后果 是卸车时间延长影响生产，油品挥发损耗增大，槽车内剩余油品量过多，严重者不能正 常卸车。为此，多年来，如何保证轻质油品能够安全、高效地进行卸车一直是广大石油、 化工工作者探讨的课题之一。

以石脑油卸车为代表，齐鲁石油化工公司储运厂在其安全、环保、高效卸车方面也 进行了一系列的摸索和尝试。石脑油易挥发、气化的物理特性，决定了其在卸车过程中 极易出现气阻和卸车泵抽空现象，因而给卸车安全造成一定的隐患，也会影响到正常的 生产；其易燃易爆的特点也会给卸车安全造成一定的隐患。从离心泵直接卸车工艺、正 压辅助卸车工艺、真空辅助卸车工艺，到目前采用的真空辅助液压潜油泵卸车工艺，卸 车效率越来越高，操作安全系数越来越大，从而也为石脑油为代表的轻油卸车操作积累 了经验。

目前采用的真空辅助液压潜油泵接卸铁路槽车石脑油的卸车工艺系统，在克服卸车 过程中气蚀和抽空方面得到了改善。但其操作安全性和便利性依然存在欠缺，一方面在 静电防护、设备优化运行上存在不确定性，另一方面在操作强度和改善工作环境上也亟 待改善。

齐鲁石化公司储运厂在吸取以往成功摸索的基础上，在石脑油卸车工艺优化安全监 测、自动控制方面进行了一系列的探讨并付诸实践，收到了较好的效果，实现了卸车 过程的无污染、无泄漏，大大改善了操作环境、减轻了劳动强度。

第2章石脑油的物化特性及其危险特性

第2章石脑油的物化特性及其危险特性

在实际生产过程中，要达到高效、安全、稳定的生产，不但要使设备设施保 持完好的运行状态，了解所操作的物料的物化性质，也是保证安全生产的一个重 要保证。

2．1石脑油的组成及用途

石脑油又称为粗汽油，轻汽油，化工汽油；是石油中部分轻馏组分的泛称，主 要为C4---C6烷烃组份，为无色或浅黄色液体。因有其不同的馏程范围而用途不同， 且可分离出多种有机原料，而主要用作重整和化工原料、裂解芳烃原料，生产高 辛烷值汽油等。

2．2主要理化特性

石脑油属中闪点易燃液体，闪点为．2。C，沸点在20～160。C之间，相对密度d420 为0．78--．．0．97，爆炸极限为1．1～8．7％(体积)，引燃温度为350\，不溶于水， 溶于多数有机溶剂。

2．3主要危险牲

石脑油蒸气和空气混合会有爆炸危险，遇明火会发生燃烧爆炸，和氧化剂混合会发 生反应。石脑油蒸气比空气密度大，在较低的地方扩散性很好，遇明火会引着回燃。

石脑油中有害物的成分主要是丁烷、戊烷、己烷，蒸气会刺激上呼吸道和眼 部，对中枢神经系统有抑制作用。如果浓度太高，会在短时间内引起呼吸困难、 头痛、头晕、恶心、气短、紫绀等缺氧症状，皮肤接触蒸气或液体可引起皮炎， 对水体、土壤和大气等环境可造成严重污染。另一方面，由于生产工艺和装置稳 定性影响，石脑油蒸汽中不同程度地含有H2S的存在，严重时H2S含量达1000ppm， 足以引起急性中毒而导致闪电式死亡。

2．4储运注意事项

由于石脑油易燃、易挥发、有毒害性，要求密闭操作，储存于阴凉、通风处，且应 远离火种、热源，防止阳光直射。储存设施包括照明、通风等应选用适应的防爆类型和

‘2

中国石油大学(华东)工程硕十学位论文

防爆等级，并配备相应品种和数量的消防器材。罐储、装卸和运输时要有防火防爆技术 措施，禁止使用易产生火花的机械设备和工具。操作人员必须经过专门培训，严格遵守 操作规程，操作人员过滤式复读面具，戴安全防护眼镜，穿防静电工作服，戴橡胶耐油 手套，装卸、运输时应注意合理控制流速(不超过3m／s)，且有接地装置，防止静电积 聚。

因此，在石脑油卸车过程中，采取足够的控制措施保证安全、改善职工工作 环境并提高生产效率是完全有必要的。

第3章卸车时发生气阻和抽窄的机理及控制

第3章 卸车时发生气阻和抽空的机理及控制

由于石脑油易燃、易挥发、有毒害性，要求密闭操作，储存于阴凉、通风处，且应 远离火种、热源，防止阳光直射。储存设施包括照明、通风等应选用适应的防爆类型和 防爆等级，并配备相应品种和数量的消防器材。罐储、装卸和运输时要有防火防爆技术 措施，禁止使用易产生火花的机械设备和工具。操作人员必须经过专门培训，严格遵守 操作规程，操作人员过滤式复读面具，戴安全防护眼镜，穿防静电工作服，戴橡胶耐油 手套，装卸、运输时应注意合理控制流速(不超过3m／s)，且有接地装置，防止静电积 聚。

因此，在石脑油卸车过程中，采取足够的控制措施保证安全、改善职工工作环境并 提高生产效率是完全有必要的。

3．1气阻与泵抽空的形成机理

卸车系统中采用离心泵直接卸车的工艺流程，泵入口之前的卸油管路中，鹤管最高 点的绝对压力反而较低，卸车过程中，气温如果上升，极易导致此处油品轻组分气化， 溶解的空气也会析出。此外，卸车过程中随着车内油液面不断下降，鹤管最高点之前的 虹吸管路中的绝对压力逐渐降低，因此伴随着油品轻组分的气化、油品中溶解空气的析 出、以及系统漏气，会产生大量的气泡。这些气泡在卸车管路中会受到浮力和挠流阻力 的共同作用，不断向鹤管最高点运移，最终积聚在一起形成气带。当气带体积较大时， 将会占据整个过流断面，导致管路中过油量大幅减小，甚至断流，形成气阻。

离心泵正常工作时，叶轮入口处为低压带区，而一旦当鹤管最高点或其它部位因为 气阻造成断流时，导致泵入口油流不能及时连续供给，泵压力急剧下降，进而导致泵入 口处油品急剧气化，连同泵入口油管中油流携带的积聚气体团进入泵体内，泵内压力骤 降，导致离心泵抽空，油品更无法吸入泵内，影响离心泵的正常运转，甚至使离心泵停 止作业。

一般情况下，用离心泵系统进行轻油卸车比较困难主要与卸车系统有关。一是随着 操作鹤管某处绝对压力小于操作温度下的油品饱和蒸气压，会形成管路气阻；二是离心 泵入口处油流的绝对压力小于离心泵的允许吸入压力，会产生气蚀；三是由于压力下降， 油品蒸发产生大量油蒸汽和析出的空气进入泵体内，导致离心泵抽空。气阻是卸车管路 中的油流被积聚的气体团阻断的现象，离心泵抽空是由于进入离心泵内的油蒸汽密度

4

中国石油大学(华东)T程硕上学位论文

小，不能及时排出泵腔，导致后续流体不能『F常进入离心泵的现象。管路气阻与泵抽空 的现象都是由于压力降低、油品蒸发行程气体以及油品中析出空气行程聚集气团所致。

由以上分析可知，导致管路发生气阻与泵抽空现象的共同原因都是管路中形成积聚 气团，此外，气阻的产生会加剧离心泵的抽空，同样离心泵抽空也是气阻的一种表现形 式。

3．2管路中气体团产生的原因

造成卸车管路发生气阻和离心泵抽空的积聚气体团主要来源于三个方面： (1)轻质油品的挥发 在鹤管上部卸车系统操作时，当泵入口之前卸油管路高点处(例如图3．1中C点处)

的绝对压力小于操作温度下油品的饱和蒸气压时，油品的轻质组分会发生气化。实际生 产中，油品发生汽化的机理是比较复杂的。因为若是单一组分的液体，其饱和蒸气压只 与温度有关，是温度的单值函数。但是轻质油品大都是由多组分烃类相互溶解而组成的 复杂混合物，在一定温度下其饱和蒸气压与各组分的分相浓度有关，并不是固定值。例 如：在20℃时，石脑油中的轻组分C3的饱和蒸气压为0．85MPa，而其重组分CIO的饱 和蒸气压却小于零。一般情况下，油品中轻组分的饱和蒸气压值较高，重组分的饱和蒸 气压较低。在卸车过程中，当卸车管路中某处的绝对压力降低至操作温度下油品某一轻 组分的饱和蒸气压时，该轻组分会发生气化，并且会逐渐加剧，导致发生气化的组分逐 渐增多。对应于图3．1，由于轻油的组分性质不同，卸车时随着油罐车内油液面的下降， 鹤管顶部C点处的绝对压力不断降低，在压力降至油品的饱和蒸气压之前，C点处相当 部分的轻组分就已经发生气化。

(2)外部气体进入卸车系统 由于卸油系统的管路中各个连接环节的密封性能不佳，以及操作原因造成的漏气现

象是不容忽略的。某些大型轻油卸车系统在操作时，管路系统中的阀门、鹤管的换向转 动接头等密封点较多，操作时产生负压时，外部气体渗入管路系统在所难免。另外，相 邻空鹤位的阀f了未能完全关闭，或已卸空的鹤位阀门不能及时关闭，也会导致卸油管路 中油流携带的空气增多。

第3章卸车时发生气阻和抽空的机理及控制

C

^一

後裂入【' 火孳镶事

图3-1鹤管卸车示意图

Fi93-1 The crane tube unloading schemes (3)卸车过程中油品溶解气的析出 一般油品中均不同程度的含有溶解气。在常温常压下，汽油对空气的体积溶解度约

为20％，随着外界压力的降低，溶解度会逐渐减小。同时汽油还会携带部分以微小气泡存在的空气。在卸车过程中，当管路某一点绝对压力小于该温度下大气压力时，部分溶解空气和携带的微小气泡就会析出，进而反作用加速油品的气化。

3．3气阻和泵抽空的控制

分析研究表明，泵入口管路的气体形成主要受油品的挥发、系统外气体的进入、油品中析出气三个方面的影响，而其中油品的挥发更多的受油品自身性质的影响，因而针对一定的油品则主要是控制管路中的绝对压力，从而减少气体生成。因此，可以通过一些优化控制方法来控制石脑油卸油系统的气阻和泵抽空现象。

3．3．1泵入口管线的优化 根据虹吸原理，要保证油品在鹤管内正常流动，必须使从鹤管吸入口至卸车泵入口

处管道内任一点的剩余压力小于大气压。由图3．1可知，鹤管高度过大，要维持油品的 正常流动，C点的剩余压力低一些较好，另外泵入口管道过细或过长，管道的沿程损失和局部损失也将增大，同样要求管道内任一点的剩余压力低一些较好。但过低的剩余压 力，特别是当低于油品的饱和蒸气压时，必然会产生油品中空气析出和油品蒸发气化， 这些气体积聚并窝存于管道中，易形成气带导致断流现象。因而针对以上分析，要尽量 控制C点的安装高度，增大泵入口管线的管径。

另一方面，为防止系统外气体的进入，要尽量减少泵入口管路管件数量，减少静密

6

第4章石脑油卸车丁艺分析及优化

4．1可知，如果将集气罐抽真空后，集气罐内的压力大大降低，从而使鹤管最高点处的 压力也降低，效果等同于增大了卸油管路最高点与油罐车内油品液面之间的压差，从而 增大了鹤管虹吸管路中液流的自身能量，增大了液流流速。油品流速的提高，增大了油 流的挠流阻力，因而增大了油流携带气泡的能力，减少了气泡的析出及积聚，从根本上 避免了气阻的发生。

(2)通过调节集气罐的真空度，使离心泵入口处的绝对压力不低于允许的吸 入压力，保证离心泵的正常吸入性能。只有在保证离心泵吸入压力满足其工作要 求的前提下才能避免离心泵气蚀的问题。从图4．1可以看出，因为集气罐的出口处 直接连接真空系统，所以如果要想使离心泵在正常吸入性能下工作，必须要满足 如下公式4．1：

H>Pr／r-hf-Ahy

(4-1)

式中：H一一集气罐中的液面与离心泵入口轴线之间的高差； P，一一集气罐内的操作压力； R一一油品容重；

hv一一集气罐到泵入口处之间的管路摩阻；

△hy一一离心泵允许的吸入压力。

其中对集气罐液面与泵入口轴线间的高差H影响最大的因素是集气罐中的工 作压力P，，从公式中可知，在满足排气要求的前提下，适当的减小集气罐内空间 真空度，能使P，保持较大，从而减小高差H。齐鲁石化储运厂要求将石脑油卸车 系统管路的高差控制在2．3--一4．2m的范围内，因此必须将卸车泵设计在地下。

(3)当油流携带微小气泡快速流经泵入口管路时，压力和流速都会迅速降低， 使油流携带的微小气泡在集气罐中快速析出并且上浮聚集，然后通过真空线排出 集气罐外，因而不会有气体进入泵内，避免了卸车泵发生抽空现象。由于管路发 生气阻与离心泵的抽空是密切相关的，因此，消除管路的气阻在能有效的避免泵 的抽空。此外，在轻油真空辅助卸车工艺中通过增加虹吸管路的真空度，液体能 量增大，流速提高，也可避免高点处形成气阻。

4．2．1．3真空辅助卸车工艺与潜油泵正压卸车工艺的比较 正压卸车工艺大都是在鹤管卸油系统前端加潜油泵，作为离心泵卸车的动力

源。但是正压卸车工艺存在许多不足之处，采用真空辅助卸车工艺就可以有效弥 补正压卸车工艺的不足。

12

中国石油大学(华东)工程硕士学位论文

(1)在正压卸车工艺流程中，如果采用压缩气体带动潜油泵，则气源管路难 以保证完全密封，泄露的气体加剧了槽车内轻油的搅拌、挥发，加剧了静电的积 聚。另外部分工程条件不足的系统会采用压缩空气代替氮气，加剧了发生火灾的 危险性。真空辅助轻油卸车工艺流程则可以有效地解决个问题。

(2)用潜油泵进行前置加压的正压卸车系统，一般采用压力为0．6MPa的压 缩氮气作为动力气源。例如在石脑油卸车系统中，因氮气的消耗、潜油泵运行维 护而多余消耗的成本约2．57元／t。但是由于在卸车过程中，真空辅助卸车工艺是利 用真空系统来抽底油，因而降低了能耗，降低了卸车的成本。

相比常用的其它卸车工艺来说，真空辅助轻油卸车工艺除了可以有效地消除 因泵抽空和管路发生气阻现象而导致的卸车困难、保证卸车效率外，在降低能耗、 增大卸车的安全性、操作方便程度等方面都明显优于其他卸车工艺。

4．2．2潜油泵正压卸车工艺 该系统的核心部件是潜油泵和卸车离心泵，潜油泵加设在鹤管前端，采用液

压站输出的高压液压油作为动力源带动潜油泵卸车也可采用气动潜油泵代替液压 油驱动液压马达。这种卸车工艺基本上消除了气阻和汽蚀现象的发生，卸车速度 也有了提高，不但保证了离心泵的正常运行状态，而且明显地缩短了卸车时间， 提高了卸车效率，减少了能耗和物耗。但该系统卸车结束时离心泵的运行状态不 能有效地保证，同时气动潜油泵的运行会加剧了油品的扰动，加剧了静电积聚， 给整个卸车系统带来了严重的安全隐患，增加了火灾、爆炸的危险性。

目前使用的独立液压潜油泵动能有了更大改进(结构见下图4．2)，其主要优 点体现在如下几个方面：

第4章石脑油卸车工艺分析及优化

图4-2 独立液压潜油泵

Fi94-2

Independent oil pump hydraulic dive

(1)核心设备以德国原有旋转接头为基础，半自动卸车鹤管的升降、装卸油、扫底仓等工作都通过液压系统的控制完成，可大大节省操作工人的体力劳动。配备液压动力的防漩涡的潜油泵，同时鹤管也可以同时担任卸车和扫仓的任务。在潜油泵的下端同轴安装一台扫仓泵。启动液压泵工作之前，先要保证鹤管垂直插入油罐车中，这样通过液压系统的控制便可以依次完成卸车和扫底仓。它能解决卸车的气阻问题，提高工作效率，减少作业时间，减少残余损耗。鹤管密封帽可自动升降，可密封各种槽车罐口，实现密闭装车，密封范围为3050\。鹤管的密封帽由液压系统控制，可自动升降，能密封各种标准槽车罐口，密封帽由改性氟橡胶制成，可适应石脑油、苯等各种介质，抗老化、耐腐蚀，它可使卸车在密封状态下进行，消除安全、环保隐患，保护工人健康。密封帽上有一液位显示钮，卸车时缩于补气阀内，卸完油后该钮可自动弹出，显示卸车完毕。消静电补气系统，保证空气中的静电不进入槽车罐内。鹤管密封帽上有一消静电补气阀，只能进气不能出气，是单向的，空气在通过补气阀进入槽车内时可被消除静电成为中性气体，保证卸车的安全进行。无回流，扫仓完毕后扫仓管线内的残液不会回流造成浪费和污染。分油头鹤管顶端设有分油头，可使鹤管液压管线在鹤管转动时不缠绕，保障液压系统的正常使用寿命。鹤管具有自动复位锁定装置，可使鹤管在恶劣天气、狂风骤雨情况下不自动漂移，对设备起到良好的保护和安全作

14

中国石油人学(华东)T程硕上学位论文

用。

(2)液压潜油泵采用独立的液压站系统，每个鹤位都对应一台液压站，较其 它多鹤位共用液压站比较，操作方便、节约了卸车动力能源，减少了能源消耗。

(3)针对有毒有害气体的性质，正压密闭卸车技术，使槽车口保持每时每刻 都有指向槽车内部的压力，减少了有毒有害气体向外部的溢出。

4．2．3卸油工艺的选择原则 铁路轻油的卸车系统具体采用哪种卸车工艺，应该根据具体的实际卸车工艺

的特点和要求，对多种卸车工艺从经济、安全、操作等方面进行综合比较，以求 达到最好的卸车效果。

(1)在经济性上，滑片泵输油工艺具有一定优势，如果使用经验成熟，可着 重推广。

(2)在饱和蒸汽压较小的地区，可采用真空系统卸车，比如平原地区，饱和 蒸汽压小于40℃的车用油品。

(3)南方和高原地区，油罐车内最高油温超过30℃时，在没有辅助系统的条 件下，应用移动潜油泵卸车。

在真空系统和移动潜油泵均可使用时，工艺方案的选择有以下原则： (1)鹤管数超过5时，移动潜油泵卸车由于扬程高以至于经济性较差，不考

虑选用。

(2)真空卸车系统使用的前提是各种设备可以露天布置，不满足的情况下应 选用低扬程潜油泵工艺。

(3)10个鹤管为以下时，选用露天布置的液动潜油泵卸车工艺；超过10个 鹤管位时，选用泵房内布置的真空系统卸车位；

(4)鹤管数在7以下时，且各方案均要求设置泵房，优先选用低扬程液动潜 油泵卸车工艺；鹤管位数超过7时，优先选用真空系统卸车工艺。 4．2．4改进的真空辅助正压卸车工艺

4．2．4．1工艺概况

在潜油泵正压卸车工艺的基础上改进后，该系统的核心部件是设在鹤管前端 的潜油泵、卸车离心泵和在泵入口管线的适当位置增设的串联的中间缓冲罐。该 系统是在离心泵直接卸车工艺的基础上，泵入口管线的适当位置增设一串联的中 间缓冲罐和卸车离心泵，中间缓冲罐上部开口与真空系统相连。卸车过程中首先

15

第4章石脑油卸车工艺分析及优化

通过潜油泵和离心泵进行卸车，在卸车临近结束抽罐车内残液时，通过真空系统 对集气罐抽真空使系统保持一定负压，使泵入口管路的气体得以聚集和抽排，从 而避免了卸车量不足时气阻和离心泵抽空现象的发生。该卸车工艺除有效地克服 了因气阻和离心泵抽空造成的卸车困难，保证了生产要求的卸车速度外，在改善 卸车操作的安全性、节能降耗和降低操作强度等方面都有明显的优势。

4．2．4．2改进效果 现将改造后2009年8月份石脑油密闭卸车情况统计如下表4．1：

表4-1 卸车数据统计

Tab4—1

Unloading data statistics

卸车

总用时

卸车效率 卸车时间段

卸车数(节)

时间

(小时／h)

(节／h)

3日

12：00～16：00 4 12 3

5日

10：30～16：00

5．5 1 6 2．9

5／6日

16：00\：00

14 39 2．78

6日

10：OO～16：00

6 l 8 3

6／7日

l 9：30～2l：00 1．5 4 2．7

7／8日

10：00'-'-\：00 3 1 0 3．3

8日

14：00\：00

2 7 3．5

8／9日 16：00～17：00

1 3 3

8／9日

23：00\：30

5．5 14 2．5

10日 10：30～16：00

5．5 14 2．5

21／22日

16：00\：00

16 45 2．8

22日

8：00,-一16：00 8 26 3．25

22／23日

16：00,--一8：00 16 34 2．1

26／27日

18：00\：00

14 45 3．2

28日

10：00\：00 6 1 5 2．5

29／30日

18：00\：30

5．5 1 5 2．7

合计

113．5

3 1 7

2．8

从以上数据看出，真空辅助J下压卸车改造后，解决了卸车速度慢、有毒气体

16

中国石油大学(华东)工程硕上学位论文

及大量油气挥发危及生产安全问题，具有较大的整体效益。按年卸车24万吨计算， 每年可减少路车延时费为33．6万元，可以减少物料挥发带来的原料损耗费43万元， 合计每年可以节约路车延时费及物料损耗费76．6万元。

1 7节车，共用时 改造完成后，2009年8月份共统计卸石脑油1 6批次，计3

113．5个小时，平均每小时卸车3节左右。实用证明正压卸车设施密闭卸车其优点

如下：

(1)卸车速度明显提高。在高温季节，其卸车速度是3节／d,时左右，与原真 空卸车工艺(普通石脑油l～1．5节／4,时，轻烃O．5\．7节／4,时)相比，卸车速度 提高了2倍左右。

(2)鹤管密闭效果良好，有效减少了石脑油的挥发，降低了石脑油的损耗。 降低了石脑油有害气体对大气的污染，改善了现场工作环境，栈台上的气味明显 降低。

(3)减少了卸车的中间作业环节，提高了作业效率。改造前，为了保证职 工卸车安全，石脑油必须进行硫化氢含量分析，此段时间大概需要O．5～1小时， 改造后卸车密封效果良好，不存在大量硫化氢挥发对职工身体的侵害现象，节约 了硫化氢化验分析的时间，同时也减少了职工的劳动量。

4．3应用控制技术辅助生产的先进卸车技术

该卸车系统从工艺上吸收了潜油泵正压卸车和真空辅助卸车的优点，通过合 理的操作优化使卸车速度和操作安全性能进一步提高，同时通过一系列的摸索探 讨，在系统中采用了静电检测、运行电流控制、离心泵变频技术和工业控制等手 段，大大提高了整个系统的操作安全系统，改善了操作环境，降低了操作强度。

采用真空辅助液压潜油泵接卸铁路槽车石脑油的卸车工艺系统，虽然在克服卸车过 程中气蚀和抽空现象得到了改善，使卸车速度有了较大程度的提高，保证了生产正常进 行。但其操作安全性和便利性依然存在欠缺，一方面在卸车过程中的静电防护、在低液 位卸车时潜油泵发热过度而导致烧坏设备或缓冲罐液位不足而导致离心泵抽空损坏设 备的现象仍时有发生，另一方面在保证卸车作业安全、减轻职工操作强度和改善职工工 作环境上也不容忽视，因此有必要在石脑油卸车过程中采取一定的安全、自动控制措施。

齐鲁石化公司储运厂在石脑油卸车自动控制方面进行了一系列的探讨试验并付诸 实践，收到了较好的效果。

17

第4章石脑油卸车工艺分析及优化

4．4卸油系统减阻措施

4．4．1增大油罐车液面的压力

一般装卸油时，将鹤管与油罐车上部口之间密封住，往油罐车内打压缩空气，可增 大作用在油罐车液面上的大气压。但是油罐车内液面上的表压应小于或等于O．05MPa。 这种方法叫压力卸油或压力卸车。这种方法的缺点是会给油罐车与鹤管的对位增加难 度，并且保持完全密封比较麻烦。

4．4．2降低油品温度 降低油品的温度可以降低油品的饱和蒸气压，以此来增大H，这样可以避免气阻的

发生，主要有几种降低油温方法： (1)卸

油时油罐车上喷淋冷水降温； (2)夜间卸油；

(3)将油罐车中的油品卸至某一高度后，将已卸入储罐的冷油回打至油罐车与槽 车内油品混合后卸油。

4．4．3减小鹤管的阻力损失 可以通过以下方法来减小鹤管阻力损失： (1)在必须的操作

条件下，尽可能的降低鹤管的高度，增加管径，缩短鹤管长度， 减少管路不必要的附件； (2)减小泵转速或关小泵的排出阀

开度，降低泵流量； (3)增加同时收油的鹤管数。

4．4．4采用经济合理的卸油工艺 当前，国内常用的铁路卸油工艺有：真空泵．离心泵联

合卸油工艺、自吸离心泵式

卸油工艺，滑片泵式卸油工艺和液动潜油泵式卸油工艺，后两种工艺近几年发展较快。

(1)真空泵．离心泵式联合卸油工艺 此工艺的缺点有：

①使用真空泵卸油时，先要将卸油管路中的气体抽出，此时使整个卸油管路内的压 力急剧降低，从而更容易引起油品轻组分的汽化，油品损耗变大，环境污染严重；

②工艺流程设备投资大，使用操作复杂，作业时间长，运行成本大。当操作不当时， 甚至会将油品吸入真空泵内，造成安全事故。

(2)自吸离心泵卸油工艺

18

中国石油大学(华东)-T程硕士学位论文

与真空泵．离心泵卸油工艺相比较，有投资小、操作方便、油品损耗小、成本低等 优点。但它也存在两个缺点：

①由于自吸离心泵的结构特点，自吸性能不尽人意。例如在抽底油工作中，自吸式 离心泵不能正常工作，必须配备真空系统辅助卸油：

②运行时不能有效排除由于鹤管漏气、介质汽化等原因发生气阻，一旦发生气阻现 象，泵也不能正常工作。

(3)液动潜油泵卸车工艺 这种卸车工艺有两种，一种是低扬程潜油泵配备输油泵联合卸油工艺，另一种是高

扬程潜油泵单独卸油工艺，具体工艺优缺点在4．1节中已详述，此处不做重复说明。

(4)滑片泵卸油工艺

滑片泵卸油工艺具有以下特点：

①自吸性能好，适合易燃、易爆、易挥发介质的输送；

②投资适中，操作工艺相对简单，油品损耗小，成本低；

③滑片泵具有气液混输能力，可以及时、有效地排除由于鹤管漏气、介质汽化等 原因产生的气体，避免发生气阻现象；

④由于滑片泵是容积式泵，流量随转速而改变，压差随系统而定，运行中高效率范 围很宽，能耗低；

⑤独特的汽蚀性能。汽蚀对滑片泵性能下降的影响比较缓慢。

4．4．5设计时宜采用低位集油管 铁路鹤管集油管一般有两种安装方法，分别为高、低

位集油管。如下图4．3所示：

．鹤斡

蝓油管

输油管

(a)

(b)

图4．3集油管的两种安装高度示意图

Fi94-3

Set the tubing two installation height schemes

19

第4章石脑油卸车工艺分析及优化

(1)高位集油管，见图4．3．a，高位集油管是指集油管设在槽车底油液面与栈桥集 油管之间的位置，在油罐车油面最低液位与最高液位之间的位置；

(2)低位集油管，见图4．3．b，低位集油管是指集油管设在槽车底油液面以下，一 般可以敷设在陆地地面或者设在地平面以下。在一定水力条件下，集油管高点的剩余压 头与它所处高度有关。高位集油管的汽化压头剩余值和剩余压头小，但是真空度较大； 低位集油管正好相反。

卸油时，高位集油管高点的剩余压头很快减d,N大气压头以下，为真空状态，且真 空度逐渐增大。这将导致出现很多问题。例如真空度增大，将会使集油管路上的密封处、 阀门等处发生泄漏，卸油效率降低，严重时使鹤管丧失虹吸能力。如果集油管较长时， 集油管中剩余压头较小，容易引起油品轻组分发生气化而产生气阻现象，使卸油工作中 断。因此应该优先使用低位集油管，并且尽可能使其位置降低至卸油全线在卸油全程中 始终处于正压卸油状态。

4．4．6采用下部卸油系统 下部卸油系统是目前接卸高粘油品时普遍使用的方法。它由

油罐车的下卸器与装卸

油管路等组成。一般油罐车下卸器与集油管主要依靠橡胶软管或铝制卸油臂来连接。采 用下部卸油的优点是地面建设少，方便操作。

20

中国石油大学(华东)工程硕士学位论文

第5章应用控制技术的石脑油卸车系统概述

齐鲁石化公司储运厂装卸车间现拥有三座石脑油铁路卸车栈台，主要接卸用 于裂解装置生产的轻石脑油，年卸车能力为60万吨／年。

5．1卸车工艺详述

石脑油卸车的基本程序为：将铁运槽车进厂的石脑油对入卸车栈台后，经测 H2S含量、采样后开始卸车，首先由液压潜油泵(卸车主泵)将石脑油打入中间缓 冲罐，再由输转离心泵将其输送至生产厂罐区，当槽车内液面降低到一定液位时， 则主要由与液压潜油泵同轴运转的扫仓泵进行罐车抽油操作，必要时，可再采用 辅助抽真空的方式将底油抽至真空缓冲罐，直至将槽车卸干净，再用输转离心泵 送至生产厂罐区。卸车流程示意图见图5．1。

离心泵

图5．1石脑油卸车工艺流程示意图

Fi95-1

Naphtha unloading process flow diagram

该真空辅助液压潜油泵卸车系统能够满足生产上卸车速度的要求，并有效地 改善了作业过程中出现气阻和卸车泵抽空的现象，但对于要保证安全、环保地卸 车方面，还存在以下几个方面的问题：

(1)当所卸槽车处于低液位状态时，主要由扫仓泵进行低液位抽油卸车，因 潜油泵(卸车主泵)与扫仓泵属同轴运转，此时潜油泵处于空转工况，如运转时 间过长，泵轴就会产生大量的热量，一则会导致潜油泵泵轴超温损坏，一则泵轴 温度过高，会给安全卸车造成重大隐患，严重时甚至引起火灾爆炸事故，造成不

第5章应用控制技术的石脑油卸车系统概述

应有的损失；

(2)单凭人工直观判断卸车过程中的静电接地情况，对火灾危险性很高的石 脑油卸车操作而言，是不可靠的，在此情况下，如静电积聚极易引起火灾、爆炸 事故，是相当严重的安全隐患

(3)由于卸车输转泵房为地下泵房，给卸车操作带来了诸多不利因素，一方 面由于供应方生产工艺和装置稳定性影响，石脑油中含有H2S浓度过高，严重时 H2S浓度高达1000ppm，使卸车过程中泵房内有大量的H2S有毒有害气体积聚， 严重破坏了职工的操作环境，一方面在火灾、设备故障等异常情况下，职工到地 下泵房去进行泵或阀门的操作会引起不必要的伤亡(大气中H2S浓度超过1 000ppm 会导致闪电死亡)，但如不去操作，势必会波及生产厂，从而引起更大的损失；

(4)在卸车过程中，根据适时观察到的中间缓冲罐液位来调整输转离心泵的 运行参数，即增加了职工的操作强度，又不利用设备的优化运转，从而影响卸车 速度或导致离心泵抽空而损坏设备。

(5)按设计规范和安全、环保操作要求，石脑油卸车过程中应实现全密闭卸 车，由于没有相应的检测和控制设施等原因的限制，使职工在卸车过程中需不时 地提起卸车鹤管观察车内情况，以准确掌握卸车进度，这种做法的后果一是不符 合当前环保的有关要求，石脑油气体的挥发不但加大了大气污染，增加了产品损 耗，而且不同程度地恶化了职工的操作环境，二是使职工增加了不应有的劳动强 度，三是使卸车操作存在一定的安全隐患。

5．2石脑油卸车设备总述

该卸车系统主要设备有：6台卸车离心泵，3台真空泵，共52个卸车鹤位(含

52台潜油泵)，3个中间缓冲罐，2个真空罐，卸车泵房后设有分别通向裂解装置 辅助罐区的输送管线。

在本次石脑油卸车系统自动控制系统开发的过程，根据目前新设备、新工艺 的发展方向，本着向高效、无污染、无泄漏的目的，主要在输送泵的选型上进行 了大胆的尝试，将原有的普通离心油泵更换为不存在动密封的无泄漏的磁力泵。

磁力泵是一种不存在动密封的无泄漏流体输送机械。主要针对叶片泵中的离 心泵进行设计，通常由泵体、隔离套及连接部件组成能够承受压力的屏蔽密封腔 体。在密封腔体的外部有一个旋转的永磁场，并通过磁场的作用，带动密封腔体

22

中围石油人学(华东)T程硕上学位论文

内部的磁性转子部件同步旋转，而密封腔体内部的转子部件带动叶轮实现对流体 的做功。由于由定子部件组成的屏蔽密封腔体不存在动密封，并且带动叶轮做功 的旋转轴不穿出屏蔽密封腔体。从而保证了磁力泵的零泄漏、无污染。磁力泵同 普通密封泵比较具有全封闭、无泄漏，防毒、防爆，运转可靠，使用寿命长，运 转平稳，振动小、噪音低。缩短了操作人员与有毒、有害介质的接触时间等优点。 对于大部分物料属有毒有害、易燃易爆物品的高危化工行业来说，广泛推广磁力 泵的应用将具有实际的意义。

综上所述，石脑油的物化特性决定了卸车过程中存在的危险性是必然的，特 别是夏季卸车过程中，稍有不慎，一则会造成设备抽空、气蚀等损坏设备；一则 会引起火灾、爆炸和中毒等安全生产事故，造成企业财产损失或人身伤亡。结合 当前“以人为本\的安全生产形势，为保证企业正常的安全生产，对石脑油卸车 进行安全控制是有必要的。

第6章安全控制措施的实现

第6章 安全控制措施的实现

针对前面所述问题，对静电接地情况、潜油泵运转情况、中间缓冲罐液位、 真空缓冲罐液位和离心泵分别采取了不同的控制方式，有效地保证了整个卸车系 统的安全运转。

6．1采用静电接地报警器来检测静电接地状况

对于静电接地情况，以往只简单地通过人工将静电夹子夹在槽车口上，直观判断卸车过程中的静电接地情况，其接触是否良好以及卸车过程中由于鹤管的振动导致其松动对静电接地的影响程度没有确切的监测手段，因此，在卸车过程中可能会形成大量的静电积聚，在一定程度上给安全生产埋下了隐患。

静电接地报警器的作用就是检测卸车过程中的静电积聚程度并将积聚的静电 荷通过接地系统消除。在卸车过程中，静电检测夹夹持在槽车上检测静电接地， 基于卸车时车内存有大量的轻质油品，与通常的装车不同，因此静电接地线上设 有防爆开关，在夹持前断开开关切断静电接地，防止夹持过程中产生火花，在静 电夹夹持牢固时闭合开关接通线路进行静电释放和检测。从而实现了对静电接地 夹持不良或鹤管振动造成接地不良情况进行有效地检测，通过检测接地电阻的阻 值是否符合要求(小于50Q)，大于50Q时报警器声光报警被触发，提示操作人 员检查确认，为安全卸车提供了有力保证。

6．2在卸车过程中对潜油泵泵轴温升的控制

在卸车过程中，当液位降低一定程度时，潜油泵(卸车主泵)处于空转状态， 扫仓泵(卸车副泵)正常工作状态，当液位进一步降低时，扫仓泵也基本处于空 转状态。人工卸车时，主要通过人工观察槽车内残液的多少来确定是否应该停泵。 操作的缺陷是，人工判断了液位的高低，空转造成的温度升高则无法得到监控。 设备空转造成的温升，在一定程度上给安全生产埋下了隐患，不但可能造成设备 故障，甚至会酿成火灾、爆炸事故的发生。

电机综合监控保护器具有轻载保护功能，在此基础上提高电流检测精度和开发0～

30分钟延时可调保护功能及O～30分钟延时可调复位功能，从而达到保护卸油泵的目 的。具体保护程序如下：

24

中国石油人学(华东)工程硕十学位论文

(1)在检测到扫仓泵开始工作电流值时计时。在设定的25--一30分钟(可调)时间 内断开机油泵电机电源，卸油泵停止工作，达到保护目的。

(2)经过设定的时间20～30分钟(可调)，油泵温度降到可以再次运行的工作条 件，保护功能自动复位，油泵可以再次启动运行以达到槽车底油抽净的目的。

常用的综合保护器轻载保护延时不大于2分钟，复位延时不大于2分钟，不能满足 卸油泵保护要求。在此基础上对保护器的轻载延时和复位延时进行0～30分钟可调时间 的开发，在保护器动作时间上满足了卸油泵的技术要求，达到了保护的目的。设备研发 时，同时开发了设备的通讯功能，设备具有RS．485通讯接口，可实现对综合保护器的运行状况进行远程计算机监控，根据生产情况的变化随时远程修改设备的参数，保证设备处于最佳运行状态。

采用检测潜油泵的电机电流来判断卸车状态，并进一步对其运行状态进行控制。当潜油泵的负载不同时，电机工作电流随着负载不同而变化。整个卸车过程中，电机电流是逐渐降低的，通过实际测算和试验得出，电机电流在卸车开始是呈均匀下降的，到达一定液位时，电流阶跃性降低，形成向下的拐点，拐点处电流在8A左右，这一现象说明潜油泵主泵已经处于空转状态，随后的卸车过程中电机工作电流依旧呈均匀下降态势，卸车到一定程度后，电流值再次形成拐点突然降低，电流在7A左右，这说明扫仓泵此时也基本处于空转状态(具体见如图6一1)。经过多次卸车过程的跟踪检测，电流产生再次突变20分钟左右。由此，根据电流拐点参数值设置延时关闭时间，使潜油泵运转时间得到优化，有效改善了由于泵空转造成轴温升高的现状，提高了石脑油卸车的安全系数。

卸车时间 (分针)

图6-1

卸车过程中电机电流变化趋势图

Fi96—1

Unloading process motor current change trend chart

根据以上原理，我们与厂家联合研发了“卸油泵低液位综合保护器”，保护器具

25

第6章安全控制措施的实现

有低液位电动机过载、断相、堵转，过电压、过电流、三相不平衡、短路、通讯、远控、 在线修改参数、设备运行监控等功能和1'---'30分钟低液位延时复位功能。并且消除了长 期以来由于机械式热继电器动作后自动复位不可靠，影响正常生产的设备隐患。电气保 护更加完善、可靠。并且能够利用通讯功能对运行情况进行全面监控，有效的保护设备 防止卸油泵轴承烧坏，避免重大爆炸事故的发生。使我厂石脑油卸车系统在保护、监控、 远控、通讯等技术方面处于同行业领先水平。

6．3变频技术在卸车过程中的具体应用

石脑油卸车采用正压辅助卸车，一般是罐车对位后，4～6个鹤位一起卸，卸到中 间罐中，然后开启l\个离心泵，正常卸车中，中间罐必须始终保持在一定的液位范 围，卸车过程中，操作工只是凭借经验和管道压力，来调节离心泵出口阀，使来料流量 和付料流量大体相当。而当罐车中油料卸完或抽底油时，中间罐中油位将迅速下降甚至 被抽空，造成离心泵抽空损坏，在以往的卸车过程中发生过此类事故。槽车内物料何时 卸完，操作人员一般也是根据经验估计判断时间，然后查看中间罐上的液位计，再去调 节流量，这样也增加了很多不确定性因素，也增加了工人的劳动强度。

6．3．1卸车系统的变频控制原理 根据自动控制系统的原理，此控制系统属于典型的单回路液位控制系统，测量变送

器为液位计，变频器为调节器，执行器为变频泵。该系统使用了磁致伸缩液位计作为一 次元件，为变频器提供标准的4-20mA液位测量信号。

6．3．2卸车过程中变频控制的实现 卸车开始时，潜油泵首先开启进行抽油，中间罐液位逐步上升，到达一定液位

时(中间罐作为被控对象，液位的给定值可随时调节)，变频器控制离心泵及出口 电动阀开启，正常卸车时中间缓冲罐始终保持一定的液位，卸车来料管线流量与1 台离心泵的输出量相当，输入与输出保持平衡状态，变频器稳定在一定频率上小范围波 动，系统处于暂时的平衡状态。当潜油泵排量降低(或增加)时，中间缓冲罐的液 位会逐步降低(或升高)，到达给定液位时，变频器则控制关闭(或开启)另一 台离心泵(即软启泵)或将离心泵全部停止，从而保证了卸车过程中离心泵的平 稳运转，避免抽空。变频器的使用，不但保证平稳安全的卸车，而且节约了电能、减小 管道冲击。

另外，在卸车过程中，通过采集中间缓冲罐液位，应用变频控制技术来远程

26

中国石油大学(华东)工程硕．{二学位论文

控制离心泵的启闭和运转状态，确保输转离心泵在最优化的工况下运行，使人工 操作现状得到了改善，避免了为保证离心泵稳定运行而频繁的调节出口阀开度， 减轻了卸车操作强度。

在卸车过程中以中间缓冲罐的液位为控制条件，控制变频器的输出，调节离 心泵的运转速度。变频器采用PID(比例积分微分)调节，可实现控制的快速平稳。 中间缓冲罐的液位作为被调参数，首先设定在变频器内液位设定值，当中间缓冲 罐的液位高于设定值时，变频器输出增加，离心泵快速运转增加排量，如果液位 逐步下降，变频器输出也逐步下降，直至中间缓冲罐的进出量平衡，液位保持在 设定值。如果变频器运转到工频50Hz时，中间缓冲罐的液位仍保持在设定值以上， 在运转2分钟以后，变频器发出开启软启动器的命令，启动器输出控制另一台离 心泵开始工频运转，与此同时变频器降低输出，重新根据液位变化调整自身的输 出，如果变频器在运转一段时间后，输出持续降低，当降到2Hz时，持续1 5秒后， 发出停软启动器的命令，停止软启动器的输出，同时自己又开始根据液位变化进 行调整输出。配合变频器和软启动器的运行，系统自动控制离心泵的出口阀门保 持开或关闭状态。

在操作过程中，我们根据多次试验，总结出一组适合液位卸车参数组合：系 统分别控制三个高度：启动高度、稳定高度、扫仓高度。

在卸车的开始，变频器并不去启动泵，在卸车的潜油泵开始卸车，在缓冲罐高度为

1200mm，即达到泵的启动高度时，PLC发出控制信号启动变频器，同时启动出口电动 阀，开始向生产厂储罐输送油料，此时的调节开始发生新的改变，在变频器内设定的控 制液位为900mm，变频器根据工作需要决定是否启动软启动器，在变频器运行达到48Hz 继续运行2分钟后，液位仍不能控制900mm时，变频器同时启动软起动器，另一台泵 开始工作，在变频器的运行2Hz维持15秒时，则认为软启无效，关闭，900mm即为泵 的稳定高度。在卸完车后，会将中间罐内的油料扫出，一般扫至400mm左右，这样由 系统执行扫仓工作，为了快速的实现扫仓，PLC可以利用程序进行加速扫仓，实现的办 法有很多种，建议采用PLC虚液位控制法，也就是在卸车结束后如果扫舱开始，系统 就会自动发给变频器一个假的液位信号，即液位是超出要求的，这样变频器就会提速让 泵将中间罐的液位快速扫出，在变频器提速将抽至液位400mm后系统发出信号停变频 器，关闭电动阀门，400mm即为扫仓高度。一般会具有惯性，多扫出一些，但不会很 多。上述的参数可随时根据生产的需要，进行修改。

27

第6章安伞控制措施的实现

6．4卸车过程中对真空罐的高液位保护

通过设置高液位报警装置来对真空罐进行高液位保护，避免真空泵带料。 在卸车最后过程中，利用真空泵抽真空来提高系统的真空度，将槽车内残液 抽入真空罐，此过程中如果真空罐液位过高，会造成物料进入真空泵，使真空泵 带液，从而造成物料损失和大气污染。为了保证真空罐的液位安全，在真空罐罐 壁上设置了高液位报警装置。一旦出现液位超限，将通过声光报警提醒操作人员及时 采取措施。此时操作人员会及时关闭真空泵，开启离心泵将罐内物料抽走后再进行 抽底油，从而保证了整个卸车过程的安全。

中国石油大学(华东)工程硕上学位论文

第7章石脑油卸车系统控制系统的集成

7．1控制系统组成概况

系统以PLC作为系统控制器，对下层进行开关量的采集和输出，对智能设备 进行通讯，给出控制参数等。对上层与系统操作站连接，操作站实现人机交互， 数据的存储处理，软件的组态，设备的维护。智能通讯控制器负责与综合保护器、 变频器进行通讯，负责数据的采集和参数的远程设定。变频器根据中间缓冲罐液 位进行PID控制，控制离心泵的运转，同时负责软启动器的运行。变频器的输入 由系统控制器给出。控制系统组成示意图如图7．1。

图7．1控制系统组成示意图

Fi97-1

Control system of the schemes

7．2系统控制

系统控制的核心是PLC，采用美国AB公司的500系列PLC，使用其模拟量 输出模块，输入／输出开关量信号，控制阀门的开启和关闭，变频器通讯模块采集 变频器内的信息，并且将变频器的关键信息以历史趋势和表格同时存在的形式， 显示在操作站的屏幕上，便于操作人员观察变频器采集参数的变化。形成有效可 靠的控制通路，依据控制规则对相应的设备进行控制，使整个系统协调统一的运 作，保证了卸车过程的顺畅和安全。

第7章石脑油卸车系统控制系统的集成

7．3系统操作站

系统操作站是提供了人机交互的界面，操作站的组态软件选用CIMPLICITY， 是基于Windows NT核心的对生产过程监视和控制的自动化解决方案，可以控制关 键性的过程和操作。

操作站显示工艺流程，提供设备状态的显示，在关键点建立画面连接，提供 设备详细信息显示，实现数据的动态保存，保障系统正常运行。在实际运行时， 可以应用菜单选择键来对各个生产状态进行监控。只要发生错误报警，则立即会 在报警显示区提示报警，同时提示报警声。在执行操作之前，均会在操作显示区 域内提示将要执行的操作，如果正确，即可直接选择菜单操作按键进行操作，方 便简捷。此外，系统还提供了一组功能强大的组态工具，包括I／0设备点组态工具、 画面组态工具、控制策略组态工具、数据库组态工具、报警组态工具、报表组态 工具、特殊编程工具等。因此工程师站可以完成各种组态任务，除增加设备驱动 程序外，其余各项功能的组态均可在线完成。

系统具备基于用户的安全管理系统，设置三级口令，每个操作员和管理员无 须通过他人可自行修改自己的口令。所有重要的操作必须通过确认的口令命令后 才会执行。操作过程中，操作员的编号，要求执行的操作内容，执行命令的操作 时间等均存盘记录，当需要打印或者调阅己执行的操作记录时，必须通过管理员 的特定的口令才能进行，这样的程序是为查找事故而设置的，任何人都无法修改 记录内容。各种重要事件(包括报警)发生，系统都自动将事件的内容、事件发 生的时间存盘记录。只有通过操作员口令，才能随时调出显示或打印，但任何人 都无法修改记录内容。并且对通过计算机键盘进行的阀门操作进行记录；对非计 算机阀门操作及现场阀门的误动作时间、详情均存盘记录。

7．4智能通讯控制器

综合保护器具备通讯功能，通过智能通讯控制器与系统控制器连接。智能通讯 控制器是一个基于嵌入式的智能模块。基于INTEL 80188的高速CPU，可以快速处 理数据。模块内部自带RAM、ROM、FLASH，可以满足各种数据的计算储存的需 要。嵌入式操作系统保证了控制器的实时性要求，自带WATCHDOG看门狗电路， 在程序出错的情况下可以自动复位而不影响系统。智能通讯控制器采用模块化设

30

中国石油大学(华东)工程硕_{j学位论文

计，更换十分简单，只需将两边的端子拔掉，取下控制器并换上新的控制器即可， 整个替换过程只需几秒钟。

7．5电源系统

系统配置相应容量的UPS作为后备，对于内部配电，采取每路电源单独控制。 这样不但便于维修，便于操作，解决了因单台设备电源故障影响其它设备电源的 问题，独立开关带有指示灯，便于仪表维护人员直观的判断电源状态。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/tji3.html