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基于S7—200 PLC的微压密闭油气降耗测控系统设计

范文

王彤++张晓林

摘要：针对某石油公司原油中间储罐大、小呼吸所造成的油气挥发损耗，基于安全可靠、造价低、易施工、方便操作等设计原则，采取密闭工艺，设计了一套基于PLC和自动化仪表的微压密闭油气降耗自动测控装置。该装置通过缓存罐的缓存作用以及自动控制，使通过大小呼吸所挥发的气体得以密闭，在日夜之间、收发之间形成自平衡，从而实现油气降耗以及减小环境污染的目的。

关键词：S7-200；油气降耗；微压密闭

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）03-0243-02

拱顶式储罐在运油罐车卸车进油、管线来油与外输时产生储罐液位变动，或者昼夜温度变化，都易造成大量挥发气体从敞开的量油口、呼吸阀等直接排放到大气中。排放到大气中的挥发性气体不仅会造成较大的经济损失和资源浪费、也会对环境产生严重污染，而且易造成安全隐患。目前，国内外油气回收技术主要有吸收法、吸附法、冷凝法、膜分离法、催化燃烧法等方法，或者以上几种方法结合使用。这几种回收技术虽然回收效果明显，但是需要一整套复杂的回收系统，运行成本大、工程复杂。

某石油公司输油站数量多、较为分散，而且有较多规模不大的输油站，以上几种回收技术并不经济，因此需要一种更为简单的工艺技术，该技术即可以有效降低储油罐的气体挥发、减少环境污染，同时也必须做到安全可靠、造价低、易施工、方便操作。

1 油气降耗测控系统设计

某输油站位于陕北某镇，设计年输送原油量20万吨，主要负责接收三条管线来油，并对来油进行计量、储存、加压、加热后一并汇输进主管线至某输油末站，站内有1000方拱顶罐和2000方拱顶罐各一个。类似偏远且规模较小的输油站收发原油量较少，如果通过现有成熟技术降低储罐油气挥发，成本过高且难以推广，现有技术不满足实际情况需要。

在这种情况下，针对大小呼吸所造成的大量挥发气体直接从拱顶罐敞开的量油口、呼吸阀排放到大气中，基于安全、造价、施工等方面的考虑，在不改变储油罐原结构的基础上，设计一种低成本、安全可靠的微压密闭油气降耗工艺，降低排放到大气中的挥发气体量，以此实现储罐油气降耗的目的。这种工艺的核心思想是：通过一个缓存罐的缓存作用和自动控制，密闭大小呼吸所造成的挥发气体，使储罐在日夜之间、收发油之间实现自平衡，从而降低整个系统挥发气体的外排量。

针对此类小输油站设计的微压密闭油气降耗测控系统由现场测量仪表（压力变送器、流量计）、控制面板的操作开关及指示灯、PLC及其输入/输出处理通道、控制阀（电磁阀）、显示屏等设备组成。微压密闭油气降耗测控系统中对可靠性和安全性要求很高，因此在这种工作环境下，电磁阀、压缩机测量仪表等都必须选择防爆型。由于现场工作环境复杂，为了减少现场安装施工工作量，降低施工风险，避免输油站内的现场电气焊施工作业，因此将压缩机、电磁阀、流量计、压力表等集成安装于设备撬内；PLC、操作按钮、接触器、显示屏等电气设备安装于电气控制柜内。并对制造完成的设备进行了气密性检查实验，焊缝进行了X射线探伤检查，均符合要求。测控系统机构原理如图1所示。

现场测量仪表用于测量储罐压力、气体流量等参数，并将信号通过扩展模塊送入PLC进行处理；控制阀用于改变管道流体的流动状态；控制面板上的旋钮开关用来设定系统处在手动或自动运行状态，布置在控制面板上的指示灯用来指示电磁阀、压缩机等设备的工作状态；显示屏显示测量到储罐的压力值、流量计测量的管线中气体流量值等数据。通过显示屏及控制面板上的指示灯可以帮助操作人员判断系统是否运行正常。

2 油气降耗测控系统原理

将此输油站内的备用储罐（1000方罐）作为缓存管，在2000方储罐和缓存罐的量油口各加装法兰三通，2000方储罐量油口三通的旁通口引致压力自动控制系统，压力自动控制系统的出口引致缓存罐量油口三通，使2000方储罐和缓存罐之间形成流体通道。压力自动控制系统由压缩机、压力测量、流量测量、PLC控制系统等所组成，用于控制作业储罐的压力，使其处于微正压或微负压状态，从而降低油气挥发。工艺原理图如图2。

测量2000方储罐灌顶压力，将此压力值与预设压力值进行比较，如果该压力大于预设高压值，打开电磁阀A、启动压缩机，将气体加压送入缓存罐；如果该压力小于预设中压值时，停止压缩机、关闭电磁阀A；如果该压力小于预设低压值时，打开电磁阀B，使2000方储罐和缓存管的灌顶压力联通，吸入缓存罐的气体；当两储罐压力相等且继续降低至某一压力值时，2000方储罐的呼吸阀动作，吸入空气以保证储罐安全。

通过整个控制系统，可以最大程度减小2000方储罐由于收发油造成的大呼吸损耗，以及昼夜温差变化造成的小呼吸损耗，从而实现油气降耗和减小环境污染的目的。

3 结论

针对小输油站的拱顶罐大小呼吸造成的油气损耗，设计了一套基于PLC和自动化仪表的微压密闭油气降耗自动测控装置。该装置在手动、自动运行过程中测量仪表工作正常、系统安全可靠，有效地实现了两个拱顶罐的微压密闭运行。通过实验数据分析，该装置在规模不大的输油站具有较好的应用推广价值，可以达到油气降耗以及减小环境污染的目的。

参考文献：

[1] 黄维秋，王丹莉，李峰.油气回收技术的研究进展与研究重点[J].油气储运，2012，31（9）.

[2] 李静，李自力，孙云峰.国内外油气回收技术的研究进展[J].油气储运，2010，29（10）.

[3] 向晓汗.西门子S7-200 PLC完全精通教程[M].北京：化学工业出版社，2012.

[4] 韩战涛.西门子S7-200 PLC功能指令应用详解[M].北京：电子工业出版社，2014.

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