液化石油氣屬于易燃易爆物質(zhì)，具有燃燒速度快、火勢(shì)兇猛、輻射熱強(qiáng)、擴(kuò)散蔓延快等特點(diǎn)。一旦因超裝、超壓、超溫致使液化石油氣發(fā)生泄漏，極易引發(fā)爆燃事故，對(duì)人民群眾生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成較大威脅。在液化石油氣站安裝液位計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，能實(shí)現(xiàn)信息采集、傳遞以及設(shè)備指令執(zhí)行三者的協(xié)調(diào)，進(jìn)一步提高閥組遠(yuǎn)程管理的安全性和可靠性。由此，本文主要介紹液位計(jì)控制技術(shù)在液化石油氣站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

 

1 液化石油氣站液位計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)概述

本液化石油氣儲(chǔ)罐、機(jī)泵的液位計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)［1］ 采用有效的監(jiān)控手段采集現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)，并通過(guò)可編程的控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，輸出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)信息及安全報(bào)警信息，并配合直觀的動(dòng)態(tài)畫(huà)面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)及報(bào)警信息的實(shí)時(shí)畫(huà)面顯示。通過(guò)這些實(shí)時(shí)畫(huà)面，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行操作，從而保證液化石油氣儲(chǔ)罐、充裝屏蔽烴泵、壓縮機(jī)等系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

 

2 系統(tǒng)組成與功能特點(diǎn)描述

2.1 組成及功能概述

2.1.1 組成。液位計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)主要由電源、中央處理單元、儲(chǔ)存器、輸入和輸出接口線路、功能模塊和通信模塊以及其他配套設(shè)備組成［2］ 。

 

2.1.2 功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)液化石油氣儲(chǔ)罐、充裝屏蔽烴泵、壓縮機(jī)傳輸數(shù)據(jù)的顯示、記錄、存儲(chǔ)、報(bào)警和控制功能。

 

2.2 功能特點(diǎn)

2.2.1 庫(kù)區(qū)運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控。顯示每個(gè)儲(chǔ)罐的溫度、液位、壓力參數(shù)及庫(kù)存情況。所有參數(shù)隨著現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際過(guò)程狀態(tài)的改變而改變。顯示的顏色或圖形也隨著過(guò)程狀態(tài)的變化而變化。棒狀圖和趨勢(shì)圖顯示在任意一個(gè)畫(huà)面的任何一個(gè)部位。

 

2.2.2 庫(kù)存計(jì)算。根據(jù)罐體實(shí)際測(cè)量液位和罐內(nèi)介質(zhì)特性，系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算出該罐的剩余庫(kù)存數(shù)，并在上位工作站電腦和觸摸屏上顯示出來(lái)。同時(shí)，可以生成生產(chǎn)日?qǐng)?bào)表，記錄每個(gè)時(shí)刻每個(gè)罐的庫(kù)存數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)（見(jiàn)圖1）。

 

2.2.3 歷史數(shù)據(jù)與歷史趨勢(shì)。由于采用的上位監(jiān)控軟件自帶歷史庫(kù)，可通過(guò)配置實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，并針對(duì)站區(qū)數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，生成歷史趨勢(shì)曲線（見(jiàn)圖2）。

 

2.2.4 報(bào)表系統(tǒng)。儲(chǔ)罐的庫(kù)存統(tǒng)計(jì)功能通過(guò)軟件的報(bào)表系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，可在上位計(jì)算機(jī)上及時(shí)統(tǒng)計(jì)各儲(chǔ)罐的溫度、壓力、液位及庫(kù)存情況，并按照用戶要求的格式生成完整的報(bào)表。這減少了現(xiàn)場(chǎng)操作人員人工抄表的工作量，避免了隨意性。

 

2.2.5 操作安全系統(tǒng)。系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件采用分級(jí)和分區(qū)保護(hù)的雙重保護(hù)策略。新增用戶組和安全區(qū)管理，999 個(gè)不同級(jí)別的權(quán)限和 64 個(gè)安全區(qū)形成雙重保護(hù)。也就是說(shuō)，只有被授權(quán)的操作人員或管理人員才有權(quán)限對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)操作。不同級(jí)別的人員具有不同的權(quán)限。此外，系統(tǒng)軟件可以記錄程序運(yùn)行中操作員的所有操作。

 

2.2.6 監(jiān)視與控制功能。監(jiān)視范圍包括液位、溫度、壓力等。這些參數(shù)一旦超過(guò)設(shè)定值，就會(huì)觸發(fā)相應(yīng)動(dòng)作，具體如表1所示。

 

3 液位計(jì)控制系統(tǒng)的選用

3.1 硬件組成

選用 磁翻板液位計(jì) 作為本系統(tǒng)的核心控制設(shè)備。這是一款適用于油氣行業(yè)、具有高穩(wěn)定性和可靠性的液位計(jì)系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）。

磁翻板液位計(jì) 可以與 Experion ® 完美組合，并能通用HMI平臺(tái)，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)試速度更快，提高設(shè)備的診斷效率。OPC UA協(xié)議（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）和內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)安全模塊可與多個(gè)供應(yīng)商的各種儀器、設(shè)備和軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成。

磁翻板液位計(jì) 配置通用 I/O 模塊，即同一種 I/O模塊可以同時(shí)支持模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出等I/O信號(hào)類型。

 

3.2 系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性

①磁翻板液位計(jì) 支持系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)：包括冗余CPU、冗余電源和冗余通信鏈路連接。

②磁翻板液位計(jì)支持帶電插拔。

③磁翻板液位計(jì) 的安全和 Hazloc 認(rèn)證包括 CE、UL US、UL Canada、RCM、CUTR、FM Class 1 Div 2、CSAClass 1 Div 2和ATEX Class 1 Div 2。

④網(wǎng)絡(luò)安全：獲得ISASecure Level 2級(jí)認(rèn)證。具體包括：安全啟動(dòng)，以防止未經(jīng)授權(quán)的軟件上傳；內(nèi)置防火墻，以降低“拒絕服務(wù)”攻擊和“消息溢出”攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

 

3.3 網(wǎng)絡(luò)性能

磁翻板液位計(jì)控制器模塊集成4個(gè)網(wǎng)口。ETH1和ETH2用于與SCADA、HMI和任何其他設(shè)備通信。支持以下通信協(xié)議：①OPC UA 客戶端，客戶端連接數(shù)量為10；②OPC UA 服務(wù)器，服務(wù)器連接數(shù)量為10；③Modbus TCP Master，支持主站連接，較多 32（16 perport）；④Modbus TCP Slave，支持從站連接，較多 128（64per port）；⑤從站寄存器數(shù)量，較多 8 000；⑥ETH3 和ETH4用于I/O連接；⑦冗余系統(tǒng)較大支持12個(gè)I/O機(jī)架，非冗余系統(tǒng)較大支持11個(gè)I/O機(jī)架；⑧支持環(huán)型、冗余和非冗余星型I/O拓?fù)洌?］ 。

 

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與配套綜述

4.1 儀表

4.1.1 液化石油氣專用磁致伸縮液位計(jì)。具體參數(shù)如下。測(cè)量范圍：剛性桿式≤5m，根據(jù)儲(chǔ)罐測(cè)范圍確定；精確度：±1mm；分辨率：0.1mm；介質(zhì)：液化石油氣；工作壓力：≤1.6MPa；環(huán)境溫度：-20～50℃；介質(zhì)密度：～0.5g/cm 3 ；電源電壓：24V DC；輸出信號(hào)：4～20mA（DC二線制）；防護(hù)等級(jí)：IP65；防爆：本安型（iaⅡCT6）。

 

4.1.2 防爆型溫度變送器。具體參數(shù)如下。輸出信號(hào) ：4～20mA（DC 二線制）；供電電源 ：DC 24V（12～32V）；量程范圍：0～50℃；準(zhǔn)確度：±0.5℃；環(huán)境溫度：-20～50℃；電氣連接：接線端子或無(wú)線；過(guò)程接口：M27×2螺紋；防護(hù)等級(jí)：IP65；防爆等級(jí)：Exd II CT6 Gb。

 

4.1.3 防爆型壓力變送器。具體參數(shù)如下。輸出形式：4～20mA（DC二線制）；供電電源：DC 24V；量程范圍：0～2.5MPa；準(zhǔn)確度等級(jí)：0.5級(jí)；環(huán)境溫度：-20～50℃；測(cè)量介質(zhì)：液化石油氣；外部零件材料：普通不銹鋼/316L不銹鋼；殼體材料：鑄鋁外殼；防護(hù)等級(jí)：IP65；防爆等級(jí)：Exd II CT6 Gb。

每個(gè)液化氣儲(chǔ)罐分別配置液位、溫度、壓力三個(gè)變送器，每個(gè)烴泵、壓縮機(jī)配置一個(gè)壓力變送器。

 

4.2 電纜

為保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)儀表與液位計(jì)系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸采用電纜連接方式，敷設(shè)電源電纜選擇ZR-KVVRP22 8×1.5mm 2 （銅芯聚氯乙烯絕緣；鎧裝聚氯乙烯護(hù)套控制電纜，每盤中間沒(méi)有接頭，耐壓等級(jí)：500VAC）。每個(gè)儲(chǔ)罐共用一條電纜，敷設(shè)完成后，預(yù)留兩芯備用。

 

4.3 防雷

罐區(qū)設(shè)置防止雷電的保護(hù)系統(tǒng)。對(duì)于每個(gè)監(jiān)測(cè)回路，系統(tǒng)中的防雷器進(jìn)行成對(duì)配置，即現(xiàn)場(chǎng)的防爆接線箱內(nèi)為每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表配置了對(duì)應(yīng)型號(hào)的防雷器，控制室的液位計(jì)機(jī)柜內(nèi)也為每個(gè)對(duì)應(yīng)的通道配置了相同類型的防雷器。

 

4.4 接地

整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置了全面的接地保護(hù)系統(tǒng)，系統(tǒng)遵循《接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50169—2006）標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施和驗(yàn)收。控制系統(tǒng)分別配置了工作接地和保護(hù)接地。

 

5 維護(hù)保養(yǎng)

設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作，依據(jù)工作量大小和難易程度，分為日常保養(yǎng)、一級(jí)保養(yǎng)和二級(jí)保養(yǎng)。

 

5.1 日常保養(yǎng)內(nèi)容與要求

每天接班前、后10min，周末1h，檢查交接班記錄本，對(duì)設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)檢。嚴(yán)格按照設(shè)備要求進(jìn)行巡檢，做到定時(shí)、定量、定質(zhì)。在工作中，要經(jīng)常檢查設(shè)備各部位的運(yùn)轉(zhuǎn)和系統(tǒng)工作情況，如果出現(xiàn)異常情況，立即通知檢修人員處理。機(jī)柜、監(jiān)控電腦等設(shè)備上嚴(yán)禁放置工具、工件和金屬物品，且嚴(yán)禁腳踏，工作后清理設(shè)備上的雜物，認(rèn)真填寫(xiě)設(shè)備交接班記錄。

 

5.2 一級(jí)保養(yǎng)設(shè)備內(nèi)容和要求

每月一次，時(shí)間8h，主要保養(yǎng)內(nèi)容如下。①擦洗設(shè)備外觀部分，外觀無(wú)黃袍、無(wú)油垢、物見(jiàn)本色、外觀件齊全、無(wú)破損；儀表金屬外殼、柜壁及設(shè)備連接部分無(wú)銹蝕現(xiàn)象及無(wú)污物。②清洗、疏通系統(tǒng)管路，包括排污閥、液位開(kāi)關(guān)裝置。③檢查并調(diào)整各部位固定螺絲、螺帽、各手柄。④檢查各安全裝置的限位開(kāi)關(guān)、指示燈、信號(hào)、安全保護(hù)裝置，保證其齊全可靠，安裝可靠接地；保證主控機(jī)柜內(nèi)外清潔，無(wú)灰塵、雜物、破損、腐蝕等，柜門、蛇皮管無(wú)破損；保證電器元件緊固好用，線路整齊、線號(hào)清晰齊全，外罩齊全好用。

 

5.3 二級(jí)保養(yǎng)設(shè)備內(nèi)容和要求

每半年一次，時(shí)間24～32h，主要保養(yǎng)內(nèi)容如下。調(diào)整精度，調(diào)整壓力、液位、流量、溫度、閥門等設(shè)備精度，滿足工藝要求；填寫(xiě)記錄登記、存檔；檢查清洗各柜體，保證各柜內(nèi)清潔，無(wú)積垢雜物，并更換易損件。

 

6 結(jié)語(yǔ)

液化石油氣壓縮機(jī)、充裝屏蔽烴泵及液化石油氣儲(chǔ)罐利用 液位計(jì) 系統(tǒng)與 ESD 氣動(dòng)切斷系統(tǒng)相結(jié)合的監(jiān)控模式，使監(jiān)控系統(tǒng)的智能化程度大為提高，其報(bào)警及儲(chǔ)存、生產(chǎn)控制功能更為先進(jìn)，能有效預(yù)防事故的發(fā)生。