石油化工厂油品装车发运系统优化探讨

卢圣峰，李月英，王志芳

（1.独山子石化公司 铁路运输公司，新疆维吾尔自治区 独山子区 833699；2.独山子石化公司 信息网络公司，新疆维吾尔自治区 独山子区 833699）

0 引言

某石化公司有15道火车栈桥装置及4处铁路运输站点，担负着石脑油、轻烃液化气、MTBE、原油进厂存储，及汽油、柴油、航煤及苯类等液体产品的装运外销任务，对整个石化公司的生产调度、物料平衡起着极为至关重要的作用。随着企业专用铁路信息化及自动装车技术的发展，企业铁路运输和自动装车系统取得了进一步优化。公司于2021年在两个栈桥48道火车栈桥进行改造，更换为可视化远程控制桁架式自动对位气动密闭液下装车鹤管，具备自动定量灌装功能，满足装车及环保要求。改造取得了良好的效果，不但降低了员工的劳动强度，同时也提高了装车效率。但在装车过程中仍需要人员现场完成铁路机车位置调整、人工计量检尺等操作[1]，本文主要讨论在现有基础上铁路运输及优化装车的可行性。

随着企业专用线路信息化及油品自动灌装技术的发展，铁路运输管理、产品出厂计量等已经逐渐摆脱靠手工记录、纸质单据等传统作业方式，普遍实现了运输数据信息化、装车数据自动导出上传等功能。但随着企业智能化和信息化程度的高度发展，深挖信息系统潜力、最大程度实现生产自动化、无人化系统，降低人力成本，实现可量化的科学生产管理模式成为当前发展的必然趋势。

1 铁路装车系统基本情况

某石化分公司是大型炼油、化工、精细化工一体化的综合性石化企业，产品主要销往西北、西南、华北、华东等地区。公司专用铁路是炼化企业生产、运销系统连接路网铁路的基础设施，承担着企业成品及原材料运输及中间产品的转运储存等，与全公司物料平衡密切相关。专用铁路是企业生产组织的重要环节和最主要的运输方式，在企业的生产经营活动中起着非常重要的作用。

企业专用铁路在行车安全方面主要依靠“微机信号联锁系统”[2]，它解决了铁路信号和进路排列的问题，企业专用铁路机车安控系统采用铁路机车车地联控系统，车载系统安装在机车司机室，对机车进行实时位置追踪，在接近道口、信号机等位置时给出语音提示，在进入栈桥进行装车操作时则根据现场操作人员指挥调整停靠位置，以满足火车定量装车控制系统操作范围的要求。

火车定量装车控制系统主要包括操作室定量装车监控系统、现场定量装车批控仪、静电检测接地夹、静电溢油保护器、流量计、切断阀等，定量装车控制系统采用二级布网方式，形成以操作室中的操作站为集中管控单元，现场定量装车仪为分散独立控制单元的集散控制系统，实行整个装车系统的监控管理集中、控制风险分散的目的，保证装车系统安全、环保、可靠、高效地运行。

2 铁路装车系统存在的问题及解决方案

企业铁路运输专线每年运送量65000车次，货物量400万吨，从未发生过铁路运输及罐车跑、冒油及差量事故，保障了公司生产原料及产品出厂的可靠性和准确性。

目前，企业专用铁路机车运行主要依靠基于轨道电路技术“微机信号联锁系统”，实现铁路机车车地联控；装车系统采用远程自动定位和批量灌装控制系统，配套轨道衡计量罐车和人工检尺计算，使系统计量准确度高，满足油品贸易交接允差的规定。但铁路装车系统仍存在一些不足，主要体现在以下两方面。

2.1 机车自动定位系统

目前，企业专用铁路机车车载系统安装在机车司机室，接收GPS定位信息、速度信息、时间信息和状态信息，实时显示微机联锁的相关信息，即机车的位置、速度、车列前方进路、调车信号和距离等，对机车进行实时位置追踪；在接近道口、车挡、停留车、信号机位置时给出语音提示，并具备自停功能[3]。

但该技术受轨道锈蚀、杂物影响较大，车辆实时定位利用车载GPS接收机获得机车定位信息，通常GPS的定位精度为5m～10m，而在企业专用铁路的站场，5m～10m可能横跨3～4 条铁路线路，并且线路轨间距为1.435m。因此，普通GPS的定位精度是达不到机车运行监控的要求，不满足机车运行监控要求。但实际用于定位装车时需要人工现场指挥，由于存在对装车人员目测偏差及司机停车操作因素的影响，整个过程存在很大的随机性，所以每列火车停止的位置都不太相同，最大的差别能达到3m～5m，以确保罐车位置满足现场装车的需要，需要频繁启动机车调整车位，不仅浪费人力和时间，还造成燃油浪费的危害[4]。

解决方案：针对这一缺陷，文中提出了机车自动定位系统。

机车自动定位系统主要实现机车运行罐车的准确定位，是实现全自动密闭装车的辅助系统。系统主要由地面应答器、车载子系统、车载主机及处理软件组成。

首先，在道岔叉尖信号灯绝缘节的位置安装地面应答器，实现机车停靠位置定位，地面应答器安装在股道枕木中间，水泥枕采用黄色自喷漆喷涂铁路徽标标识，木枕使用螺丝钉在地面应答器旁边安装铁路徽记标识牌。安装示意图如图1。

图1 地面应答器安装示意图Fig.1 The schematic diagram of ground transponder installation

根据鹤管桁车运行距离及罐车长度，在用可视化远程控制桁架式气动密闭液下装车鹤管对位包络范围为4000mm；与铁路线垂直方向按照栈桥边缘与铁路中心线之间2125mm间距考虑鹤管对位范围。经过计算后，在道岔处设置3处地面应答器，满足机车前后移动距离要求，兼顾实现所有罐车装车任务。然后，在机车底部安装地面应答器读取单元，天线与主机通过馈线连接，通过RS232串口实现地面应答器主机与车载主机的连接。地面应答器天线设备如图2。

图2 地面应答器天线Fig.2 Ground transponder antenna

机车正常运行时速25km/h，根据GPS定位传输，当接近地面应答器5m～10m范围内时，机车减速5km/h运行，至机动车主机与地面应答器实现准确对位，从而避免多次移动机车，造成人力及能耗浪费。

实际运行时，根据地面应答器与车载主机的通讯数据，计算出机车的实际位置PV1，需要停靠位置为SV1，用继电器指示实际定位与地面应答器的偏差，继电器均为常开继电器。当机车位置位于罐口左侧时，PV1>0，则DV1>0，此时继电器1得电，指示灯常亮；当机车位置与应答器位置接近时，PV1<0.5m时，继电器1闪烁；当机车实际到达应答器位置时，PV1=0，则DV1=0，机车自动停车。机车自动定位系统控制系统示意图如图3。

图3 机车自动定位系统控制示意图Fig.3 The controlling sketch map of locomotive automatic positioning system

2.2 罐车计量检测

2021年，针对老区火车栈桥隐患治理项目实现了栈桥的可视化远程控制桁架式自动对位气动密闭液下装车鹤管，具备自动定量灌装功能。装车流量计使用质量流量计测量，流量计精度为0.2级，满足相应的计量标准。GB/T 9109.5-2017《石油和液体石油产品动态计量》5.2.1条：“流量计必须符合国家规定的精确度等级，用作贸易交接计量的流量计的准确度等级应不低于0.2级”的要求。但实际运行过程中，由于装车线内油品中含有气体影响，及流量计受气体的影响，仍然未实现定量精准装车，达到贸易交接目的，目前仍然需要人工检尺测量及轨道衡计量罐车重量。

影响罐车计量检测准确性的问题分析有以下3种：

1）装车线内油品含有气体所造成的影响

油品装车时需要对短时批料流量进行测量，此时汽柴油装车线内会经历“空—满—空”的气液两相过程。由于装车线内存在气相，当流体中含有部分气体或运行工况不稳定时，油品容易将流经管线、设备高点的气体带入质量流量计，造成流量计计量出现偏差。根据实验数据分析，含气泡1%（体积比）时质量流量计误差可达到1%～2%，含气泡10%时误差增加至15%～20%。当液体流量在30kg/min～100kg/min变化，密度降在0%～35%变化时，含气液体流量测量误差最大可达50%[5]。

图4 含气液体流量下原始测量误差Fig.4 The original measurement error at gas liquid flow rate

解决方案：

因为管道含气量直接影响液体质量流量测量，含气液体流量的含气量（GVF）在实际测量中不易获取和在线实时计算，但可以通过质量流量传感器信号的频率反映被测混合流体的密度 。通过变送器增加Modbus通讯线，在DCS系统读取实测流体密度。通过增加计算公式及历史趋势，可以计算出液体流量密度变化，进而判断出对装车量的影响。根据已知单相液体的密度D0，就可以计算出密度降Dd为：

针对被测介质密度变化，对装车线内气相对流量计计量准确性的影响，在每套质量流量计前设置管道消气过滤器[6]，其示意图如图5。

图5 装车管道消气过滤器示意图Fig.5 The schematic diagram of exhaust filter in loading pipeline

同时，在现场应用中采取多种手段并行的方式开展装车工作：

① 在每套汽柴油鹤管质量流量计前设置管道消气过滤器，为减少装车线内气相对末端罐车流量计计量准确性的影响，对初装过程中操作进行调整，泵开启5min后再进行装车，机泵通过回流控制阀进行循环，尽量让气相通过消气器进行消除。经过测试，92#汽油末端4#、5#鹤偏位差明显减小。

② 为防止装车线内气相对计量准确性的影响，装车时采取先开末端两个鹤位，待装载量超20t排气后，再对后续鹤位进行装车。经测试发现，95#汽油在末端1#、2#鹤位排气后，3#鹤位偏差较1#、2#鹤位明显减小。

③ 对初期装车时瞬间大流量数据进行过滤，消除瞬间大流量数据对流量计计量的影响，修改批控仪程序（剔除＞1000t/h的瞬时流量），消除瞬间气体造成的大流量对计量造成的影响[7]。

2）批量控制仪装车信号产生的影响

装车计量用质量流量计选用脉冲输出信号至批量控制仪[8]，批量控制仪按照设定的程序完成自动装车过程。通过批量控制仪实现控制阀门流量大小控制，实现装车低流量启动速度、最高流速、关闭前低流速，以及无流量等控制功能。初始装车流速可控制小于1m/s，浸没垂管底端20cm下的流速小于4m/s。流量系数为脉冲信号输出流量计的固有系数，如流量计每检测到0.4kg的物料时发出10个脉冲，则流量系数应设为0.1，即每个脉冲对应0.4kg。修正系数可用于对装车时产生的误差做出调整。

流量计发送脉冲数至批量控制仪，批量控制仪汇总脉冲数后按一定比例形成已装量。因流量计数据直接传输至批量控制仪而非直接引入DCS系统，无法依据模拟信号进行系数修正，需要现场分批次抄写流量计数据，装车前对该鹤位流量计累计吨位进行记录。装车结束后，再次对该鹤位流量计累计吨位进行核实，通过将流量计数据与批量控制仪数据比对[9]，确认是否需要对系数进行修正。若控制仪控制装入量为1000，而实际检测到装车量为998，则为消除脉冲信号对定量装车准确性的影响，需要对定量装车进行系数修正，可将修正系数设置为0.9980，使控制仪控制的数量与实际装车量一致；如一致，则可以保证修正系数为1不变。

3 应用前景

随着危险化学品重大危险源区及国家安全监管总局《油气罐区防火防爆十条规定》的发布实施，各企业对火车栈桥重要程度越来越高，各种隐患治理项目和施工正逐步实施，企业铁路运输和自动装车系统取得了进一步优化，实现可视化远程控制桁架式自动对位气动密闭液下装车鹤管，具备自动定量灌装功能，满足装车及环保要求需求。改造提高了装车效率的同时，降低了员工的劳动强度。但在铁路机车位置调整、人工计量检尺[10]等方面，仍未完全实现自动化。针对这些不足，本文主要讨论在现有基础上优化铁路运输机车自动定位及自动定量精准装车的可行性，使自动装车系统效率更高，功能更趋于完善，对提高装车效率具有较强的指导意义。