中海油工业气体（宁波）有限公司 浙江省宁波市 315800
摘要：液氮、液氧、液氩产品充装管理是我公司生产运营安全重点管控点，现公司手动充装和人为监控存在一定盲区和客观因素的干扰，同时残液的直接排放，形成对充装过程参数控制不能及时把控的风险，尤其是充装量大时，车辆的频繁更换，不仅加大了管控难度；同时也曾发生安全阀跳、氧含量低等事件，危害安全生产工作，故将手动充装改造为自动充装和过程自动管控就显得尤为重要。
本文主要结合公司现有充装条件，从工艺方案到充装前、中、后需管控的参数，以及残液回收利用方面，利用三菱PLC进行自动化管控手段对过程参数进行协调管理，使控制参数标准化，强化管理尺度，降低风险；同时将过程控制自动化，提高管控精准和及时性。
关键词：低温液体；充装过程自动化；残液回收；自动控制；手动充装改造
1.前言
公司充装过程为手动充装和人为监控为主，由于存在多种不可控因素，在实际运行过程中存在多种安全隐患，是公司安全生产运营的重点；随着充装量的不断增加，从技术措施上增强充装过程安全尤为重要，故需在依托现有DCS系统对阀门、充装泵控制的条件下，对其进行改造，在与DCS系统交互过程中共同实现提高现场装车自动控制水平；达到降低充装过程中安全隐患、克服人工操作、管理带来的弊端，提高作业的效率和企业的整体效益。
2.工艺改造方案
2.1残液回收气源方案
公司现利用充装软管对液体槽车进行充装，每次充装结束，关闭充装截止阀后都需要将截止阀与车辆充装阀之间的液态产品进行外排，以保障拆除连接管的安全，但此过程造成大量液态产品浪费，同时由于液态氧、氮产品排放气化会造成局部高氧或低氧的环境，对作业人员产生非常大的安全隐患；本次改造方案为利用压力气态对充装过程中残留的液态产品压入低温液体槽罐车内，从而减少泄压外排气量。
现公司具有0.6MPa气态氮，可以满足残液回收时氮气的供应需求，因为公司无压力气氧，故需增设压力液氧罐一座，以满足液氧充装残液回收的要求，0.6MPa液氧储罐具体工艺流程图见图1：液氧储罐流程示意图；
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图1：液氧储罐流程示意图
液氧自V-7口经汽化器汽化后获得0.6MPa气态氧气用于残液回收气源。
2.2自动充装工艺流程方案
方案流程在现有工艺条件下，增加切断阀、残液回收控制阀、残液排放控制阀、氧气储罐及相应管路。
3.自动控制方案研究
3.1自动充装控制方案简述
①充装车辆进厂后，根据政府及公司充装前检查要求，对车辆、人员、槽罐进行检查，并核对充装客户与提货单情况。
②在地中衡系统中，输入槽车管理信息、客户基本信息、槽车车牌号等，输入需要装车介质、纯度要求、装车的容积V1。地中衡系统动态分配空充装位，并打印本次装车清单，装车单上有顺序号、充装台号、车牌号和装车量等信息。
③操作员和司机核对装车单，检查无误后，司机将槽车开到称台上，操作员接好充车软管、分析软管、防静电接地夹和放溜车轮档；
④操作员在控制柜上，输入密码，按下“允许进入充装”按钮，选择充装介质，启动装车流程，系统自动解锁相应充装软管。
⑤系统先称槽车空重W1，计算槽车装满后的重量
⑥操作员确认充装软管、静电接地夹接地正常，并在控制柜上按下“确认充装软管”连接正常。
⑦对于有分析接口的槽车，操作员接好分析软管，并在控制柜上按下按钮“分析”，分析仪自动切换到“分析”的一路槽车，对槽车内的纯度尽心个分析（在线分析时分析灯亮），同种充装介质同时按下时，系统按时间先后顺序排序后，系统每隔15分钟对下一路进行分析。如果槽车无分析接口，由操作员对槽车纯度进行分析，并根据纯度情况启动相应流程。如果分析数据不合格，控制柜上纯度不合格声光报警，画面显示闪烁纯度；操作员可对车辆进行置换，由槽车司机打开槽车自增压阀，操作员确认充车泵已经启动，（若充车泵未启动，操作员启动充车泵），确认后，操作员在现场操作台按下按钮“槽车短时置换”，液体充装阀打开2分钟，向槽车内冲入一定液体后，自动充装阀关闭，记录充入液体后槽车重量W2；槽车通过自增压器，将充入的液体蒸发排出，对槽车进行置换，置换后，槽车司机关闭自增压阀和放空阀，复位置换；置换期间若有分析切换，则需对槽车纯度再次进行分析，若没有分析切换则持续分析，合格提醒。系统可由操作员对纯度强制充装按钮；进入充装阶段。
⑧充装过程可以选择手动充装和自动充装；选择手动充装后自动充装程序停止，由操作员完成充装过程。充装结束后，操作员按下“手动充装结束按钮”，记录槽车充装完重量W3，计算槽车结算重量W4；当选择自动充装时，系统进入自动充装程序，首先系统将残液排放阀自动打开1分钟，给槽车泄压，并判断槽车内压力是否低于0.4MPa，若低于了，自动关闭残液排放阀，检查充装泵是否运行，若未运行，提示操作员进行启泵，操作员对充车泵进行预冷，并启动，充车泵回流阀由压力自动调节，完成后在现场操作台中按下“确认充装泵已经预冷，已经启动”，充车泵运行后，充车泵运行状态指示灯亮，自动打开充装阀，对槽车进行充装。并监测地中衡是否达到设计充装重量，当达到充装重量后自动关闭，报警提醒槽车司机充装重量已到，若需继续充装，则需切换至手动模式，手动充装。
⑨自动模式达到充装重量后，延时30秒自动打开残液回收控制阀，控制阀开启30秒后自动关闭，并报警提醒槽车司机关闭槽车进液阀，延迟2分钟后自动打开残液排放阀，并检测充装管道压力，若3秒钟内管道压降大于10kPa，则残液排放阀持续全开，当充装压力小于50kPa时，自动关闭残液排放阀，若3秒钟内管道压降小于10kPa，则关闭残液排放阀，并报警提醒槽车司机手动关闭槽车进液阀，槽车进液阀关闭后，操作员按下“排放阀打开”按钮，残液排放阀打开30秒后自动关闭。
⑩系统检测同种介质多个充装阀是否全部关闭，若有开启的根据充装阀开启的数量，自动调节充车频率，回流阀由压力自动控制，使充车泵出口压力稳定在0.6MPa，对其他充装台位继续充装；若无则充车泵停止，充车泵回流阀开至50%，计时30秒，记录槽车充装完重量W3，计算槽车充装结算重量W4；
经过一定时间的延时，把充车数据读进数据库，输出充装结束信号到现场，提醒操作员卸下充装软管，分析软管、静电接地、轮档等设备，打印计量计算单，并离开磅台。
3.2自动充装控制系统实现方案
鉴于为技术改造项目，在原有控制方案基础上，增加现场PLC控制系统及相应装置，以实现相应功能。
①DCS控制系统
充装泵启停、调频、调压仍有装置DCS进行控制，原有现场操作的信号进入PLC系统，同时PLC控制系统负责对DCS进行控制指令的管理，通过硬接点进行控制。
②地中衡系统
地中衡系统主要用于计量和车辆信息管理，向新增控制系统传递相关信息，同时控制系统通过232通讯方式获取磅台实时称重重量。
③PLC控制系统
控制系统采用FX3UPLC实现对充装过程、残液回收、液氧储罐的控制和管理。
④分析系统
接受控制系统对气路分析的选择并通过4-20mA将分析数据传递给控制系统。
4.总结
通过增加残液回收至槽车方案、充装流程自动化、现场PLC控制系统，实现充装过程自动化，完善充装过程的自动监控管理，提升了充装站设施技术水平和系统本质化安全水平；减少产品现场损耗，更加符合现场的安全要求。
参考文献：
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