油罐区自动测量和汽油调合控制技术新进展

油罐区自动测量和汽油调合控制技术新进展吕锦芳(镇海炼化股份有限公司设计院,315207) 摘要:对油罐区自动化基本问题例如油罐液位测量和汽油管道调合控制技术对策作了探讨。

关键词:罐区　自动化　辛烷值　调合 随着炼油生产的日益发展,油罐群相继林立,但油罐区的自动化水平比起炼油生产装置区来要落后得多。

即使在应用计算机的某些罐区,大多也只是对一些传统测量仪表的数据进行采集打印,其数据的可靠性十分有限,无法充分发挥计算机集中管理的真正作用。

造成这种局面的主要原因是反映油罐区主要过程的参数,例如油罐计量等方面的问题没有很好解决。

下面试就这些问题的现状和进展加以讨论。

1　油罐的液位测量油罐的液位测量问题多年来一直没有很好地解决,传统的称重仪和钢带液位计由于测量精度低和维修不便等原因已很少采用。

从近几年国内外的发展情况看,目前大多数采用钢带浮子式、伺服式液位计、静压式测量系统和雷达液位计等4类。

钢带浮子式液位计一般只用在精度要求低和只需就地指示的场合。

伺服式液位计的测量精度以可达到±1mm,性能也大为改进,但安装要求较高,少数情况下也与钢带浮子式一样,可能出现因测量钢带(丝)折断而产生的故障。

由于高精度压力和差压变送器的广泛使用,不少地方也应用这类变送器来测量液位。

通常在只用一台差压或压力变送器测量液位的情况下,由于测量结果与罐内被测介质的比重等因素有关,因而必须对测量值加以修正(人工修正或计算机修正)。

测量精度主要取决于变送器和二次仪表的传送精度。

目前实际使用的变送器精度大多在0.1%,而模拟量二次指示仪表的精度则要低得多,因而其系统精度仍然不高。

但由于变送器的高可靠性和安装方便,维修工作十分省力,因此这种测量方法在一些要求不高的一般操作场合仍常被采用。

图1表示了3个测压点来进行油罐参数的测量。

图1　油罐参数的测量 收稿日期:1996-02-14度较大,取压口间距较大时,计算得到的负迁移量会比变送器量程大得多,就有可能选不到合适的差压变送器。

这时就须根据应用情况对测量范围、安装尺寸等作必要的调整。

总之,思想上重视、认真学习和真正掌握差压法测液位的原理,是克服差压式液位计设计中计算错误、选型不对、安装不合适等“常见病”的主要措施。

工程设计及标准 AU TOM A T I ON I N R EF I N ED AND CH E M I CAL I NDU STR Y 以测压点p1为基准的液位高度h可用下式表示: h=k p1-p3p1-p2H式中:H——一个选定的设计高度;　k——与仪表参数有关的常数值。

美国福克斯波罗公司的静压油罐计量系统和罗斯蒙特公司的S M A R T TAN K高精度静压贮罐测量系统(H T G)应用了类似的测量原理。

由于采用了高精度的压力变送器(数字传输精度可达满量程的0.01%),因而利用微机系统可对油罐内油品的质量、密度、体积和液位等参数进行连续计算检测。

应当指出,静压测量系统的精度是一个系统精度,它不仅与变送器的精度有关。

还与安装及油罐的几何尺寸精度有关。

从目前情况看,就常用的液位参数而言,其测量精度无法与伺服式液位计相比,加之高精度变送器的价格较高,使这种测量方法尚难普遍应用。

由于军事测量技术的研究也带动了油罐液位测量的进步,典型的应用就是测量分析雷达回波的雷达液位计。

这种测量技术的液位测量精度可达到±1mm甚至更高。

这已能满足商业交易计量的要求。

这种方法具有故障少、维护简单的独特优点,应用前景很好,在液化气球罐测量中也已得到应用。

可以预料,随着上述高精度新型液位测量仪表的广泛应用,将会大大缩小人工检测的范围。

2　油品流量测量油品流量测量与上述的液位测量都是为了解决油品的计量问题。

随着高精度流量计的出现使这个问题可望得到解决,有些单位已取得了肯定的效果。

其中,可供选用的质量流量计精度已达到0.2%(对读数而言),其读得的数值就是kg(或t)数,不需作任何修正,使用起来十分方便。

这样的精度作为商业计量已经高于目前采用的贮罐容积计量法的精度。

这里我们来简要地讨论一下这个问题。

在容积计量法中,必须要对用于计量的油罐事先编制一张容积表。

在实际油品计量时,就可根据两次油位测量值在容积表中查得相应的容积差。

这个容积差值的误差主要来自两个方面:一是容积表的误差,二是液位高度测量误差。

容积表是根据对贮罐直径的实际测量结果并考虑静压力的影响编制出来的。

由于这方面的测量误差和某些简化,所编制的容积表存在一定的误差。

通常认为容积表的综合极限误差在0.2%以下,这个误差值已经接近于质量流量计的综合计量误差了。

即容积计量法即使不考虑液位测量的误差,其计量精度也只是与质量流量计的计量精度大致相等,更何况液位测量误差是不能忽略的。

如果我们假定每次测量液位误差是2mm(不论是人工测量还是自动测量),而每次容积计量需两次液位测量,故每次容积计量有可能产生4mm的液位测量误差(最坏的情况)。

对于不同直径的贮罐,能计算出相应的容积误差。

举例来说,当贮罐直径分别为20,40,60m时,因液位测量误差造成的相应容积计量误差分别为1.25、511.3m3。

由这组数字可以推算出对于上述三种直径的贮罐,只有当每次计量的油品容积分别在1300, 5000,12000t以上时,才能使这个容积计量误差限制在0.1%以下。

而且这个数值就是容积计量法比质量流量计量法所额外增加的误差值。

由于流量计的标定校验较易解决,维护使用方便,故这种计量手段是很值得推荐的。

3　罐底水位的测量控制罐底油水分界面的测量控制一直没有很好的解决办法。

有关部门推荐电极式控制装置,利用插入罐壁的电极来鉴别水位。

这种装置结构简单且价格便宜,适合于轻油贮罐的水位控制。

但有人曾对插入罐内的电极是否可能积聚静电的问题提出质疑,因为油罐的设计规范是不允许有任何没有屏蔽接地系统的独立部件存在的。

从技术上看,可行的间接检测方法也是41 炼油化工自动化 1996年有的,例如从罐底排放口直接在线分析鉴别。

目前可靠的在线分析流体密度仪器的精度可达±0.002g mL,以此来判别和控制油水分离排放是不困难的。

另一种油水含量探测器在某些地方进行了实际应用,并取得一定的成功。

事实上国外厂家也推荐类似的分析鉴别仪器来测定油水界面,以控制罐底水位的排放。

4　油品管道调合控制4.1　问题的提出随着人们对其周围生存环境质量的要求愈来愈高和国家随之制定的环境保护政策日益严格,提出了对作为日常主要交通运输工具——汽车燃料汽油品质指标的要求。

就汽油生产厂家而言,除了满足用户对汽油品质指标的要求之外,很重要的因素是对经济利益的考虑,因为质量和价格往往是密切相关的。

在实际生产过程中,一种牌号的汽油需要用几种油品组分调合在一起,有时还需加入某些添加剂,这就需要有一个调合过程。

评价汽油品质等级的主要指标是汽油的辛烷值和雷德蒸汽压(R vp)等参数。

从实际生产过程看,参与调合的组分主要是重整汽油、催化汽油、烷基化油和M TB E油等。

其中M TB E油对辛烷值影响最大,而影响R vp参数的组分则是丁烷,这在国内许多生产厂家多在催化重整汽油组分的生产中得到了控制(在国外,通常以丁烷的加入量来最终控制R vp值)。

有些厂目前的调合过程是原始的中间贮罐调合,费时费力,而且质量不易保证。

为了满足用户的要求,往往使辛烷值高于牌号的规定值,造成质量浪费。

要解决这一问题就必须实现连续管道自动调合过程。

而这一过程的关键就是辛烷值的在线分析和各组分的配比控制。

4.2　辛烷值的在线测量目前国内各炼厂对辛烷值的分析控制多数仍停留在实验室间断测量的发动机法,而国外则普遍采用了基本相同原理的辛烷值在线分析仪器,其主要原理是各种辛烷值牌号汽油在引擎汽缸中点火后氧化反应和活塞行程位置以及燃油2空气比例等参数之间有一定对应关系。

这一方法是在1928年由美国各炼厂、汽车制造厂和研究室等联合研究出的测试仪器,称为CFR引擎,并列入了美国A STM标准,目前已作为国际上唯一的测量汽油辛烷值的标准方法。

上述测量方法由于多年的使用已十分成熟,但也存在价格昂贵、结构复杂和日常维护工作量较大等一系列缺点,因此国内尚未普遍采用。

正是由于这些原因,在近十多年来,国外许多研究机构竞相探索研究新的测量方法,其中最为引人注目的是近红外(N I R)的分析技术。

在研究中人们发现不同的样品性质(如辛烷值),对近红外光波(波长0.8～2. 5Λm)中不同波数下吸收强度也不相同。

这样就可以对光谱的计算机分析进行汽油的辛烷值等参数的测量。

近红外测量方法具有维护方便、投资小、重复性好、测定快速及可同时扫描进行最多10个样点的测定等一系列优点,是前述的发动机法所无法比拟的,因而在国外主要是在美国开始了实际应用,特别是在用计算机控制的场合。

应当指出,近红外光谱分析是一种间接方法。

必须事先为它提供有足够代表性的样品做出汽油辛烷值和各个波数下光谱吸收特性的回归方程,并做出校正公式。

当样品的组成发生了较大变化时,这一校正公式就必须进行修正。

这就给实际测量带来一些不便。

此外,对提供的样品的测定仍然要依靠前述的发动机法,因而其测量精度不如发动机法,并且还不能作为一种能纳入国际普遍认可的美国A STM标准的独立的测量方法。

413　实际汽油管道调合的控制对策前已指出,实际生产中是希望将几种组分油按事先拟定的配方进行调合,以求达到规定的质量指标。

从计算机控制角度看,其控制模型建立的目标是用最好的配方和最低价51第5期 吕锦芳.油罐区自动测量和汽油调合控制技术新进展 的组分来达到最佳的经济效果。

就具体的参数而言,可以将辛烷值作为主参数,确定一种配方,找出一种控制模型来既保证辛烷值又保证其他质量指标在希望的范围之内。

这是一种多变量的控制模型。

国外某些软件公司正在从事这方面软件的开发(例如美国的SET PO I N T公司)。

但由于这种软件价格昂贵,调试时间长,因而还未见到实际应用的报道。

目前国外炼厂大多采用的控制方式是辛烷值和R vp等参数的在线测量和调合配方的计算机管理,即辛烷值对计算机控制而言是开环的。

这种控制方式的关键是调合配方软件。

该软件是由软件公司开发的。

它可以根据不同组分的特性和产品牌号规格的要求给出合适的调合配方,做出对各组分流率的实际控制。

图2绘出了计算机管理控制的流程示意图。

图2　计算机管理控制流程示意图 在图2中,上位计算机及DCS系统实现数据处理及配方管理,开环调合配方指导,辛烷值闭环控制,并进而实现优化控制。

综上所述,实现汽油管道调合控制的基础是汽油品质指标(辛烷值、雷德蒸汽压等)的在线分析测量。

这在国外是普遍解决了的。

因为只靠实验室人工分析是无法满足连续生产控制过程要求的。

当然,考虑到汽油辛烷值在线分析系统价格比较昂贵,在一些调合组分变化不是很大的场合,根据调合工程师积累的经验配方,采用各组分流量比率控制方法也能对辛烷值等质量指标实行有效地控制。