自動控制在低溫液體充裝系統中的應用

王剛，化曉娜

（濟南鮑德氣體有限公司，山東濟南 250101）

信息化建設

自動控制在低溫液體充裝系統中的應用

王剛，化曉娜

（濟南鮑德氣體有限公司，山東濟南 250101）

針對目前低溫液體充裝作業存在的問題，采取改造管道，設計和增加自動控制系統、站控系統等措施對充裝管路進行改造。實際運行表明，有效降低對充裝管路的損壞，減少人為操作在充裝作業過程的影響，實現液體充裝作業系統的網絡化、集約化、可視化。

低溫液體；充裝系統；自動控制；充液機

1 前言

隨著經濟的迅猛發展和科學技術的不斷進步，低溫液體在各個領域的應用越來越廣泛，由于低溫液體具有易燃、易爆、易大量汽化、低溫灼傷等危險特點，在生產、使用過程中一旦發生事故，后果會相當嚴重。然而，由于一些液體充裝企業對安全生產重視不夠，加上管理手段不完善、技術力量薄弱等多種原因，使得各類安全事故頻發，已經引起相關政府部門的重視。為此，在低溫液體充裝系統中應用自動控制系統。

2 存在問題

根據低溫液體充裝、運輸和使用過程中出現的事故分析，目前充裝企業存在的安全隱患主要有：

1）超載。車輛超載是危化品運輸事故的重要原因。在液體充裝過程中，因為充裝點場地一般比較分散，很難保證每個充裝點安裝地磅，超載后卸載又存在污染儲罐和放空浪費的問題，因此在充裝過程中對超載控制非常重要，但目前很難做到嚴格有效控制。

2）裝卸軟管拉斷。充車的低溫液體軟管沒有完全拆開時，司機啟動車輛，拉斷充裝管路，造成大量液體泄露的事故時有發生。

3）操作設備無聯鎖。因充裝管路壓力、液位控制不當，造成的超壓、泄露、液體事故等事故經常發生，因無設備連鎖控制保護，從而導致事故的擴大、惡化。

4）人為操作失誤。充裝過程中操作閥門失誤、無人監護造成大量液體外溢、液體泵預冷不徹底損傷設備、充裝軟管連接不牢固造成脫落等人為失誤操作是造成的安全事故發生的重要因素。

3 管道改造

以1#2萬m3液氮儲槽為例進行管道改造。改造前，低溫液體儲槽有2個充裝出口，1個為自流口，儲槽內液體通過壓差直接灌入槽車內；1個出口，配置1臺液體泵，儲槽內液體通過低溫液體泵加壓后灌入槽車，液體泵預冷液體通過回流管路返回儲槽頂部。其流程如圖1所示。

圖1 低溫液體充裝系統改造前流程

低溫液體充裝系統改造后流程見圖2，在充裝出口處增加流量計，用以計量充裝量；在充裝管路和回流管路均安裝電磁閥，用以控制液體泵的預冷與啟停；在充裝軟管接口處安裝放拉斷閥，設置易拉斷點，當充裝管路受到外部應力時，從拉斷點斷裂，將損失減小到最低。

圖2 低溫液體充裝系統改造后流程

4 應用自動控制系統

4.1 構架和模塊

自動控制系統構架見圖3。

圖3 自動控制系統構架

1）中心控制（業務）模塊。完成系統的核心業務，負責對各個模塊進行全局調度與控制。2）GPIO模塊。控制DO口的輸出。3）閥門控制模塊。根據系統當前狀態，調用GPIO模塊，控制閥門開關。4）AI模塊。負責讀取系統連接的模擬量信息，如溫度變送器，壓力變送器等。5）流量計模塊。通過Modbus協議，讀取系統連接的流量計信息，支持多種流量計型號。6）嵌入式數據庫模塊。提供嵌入式數據庫訪問的封裝。7）緩存模塊。負責緩存外設的值，供中心控制模塊調用。

4.2 充液機自動控制系統

采用微電腦技術，通過RS485接口，Modbus RTU協議通訊的ARM控制系統，該系統在低溫、低壓、密閉狀態運行，主要功能有：

1）通過對工作模式的選擇，可以實現預設金額、預設容積和任意加液3種工作模式的選擇。

2）通過對加氣流程的選擇設定，能夠實現自流模式和泵加液模式的自動切換。

3）通過對預冷參數的設定，利用預冷智能判斷，能夠實現泵加液運行狀態下，達到設定溫度下實現預冷與低溫泵運轉狀態的自動轉變，有效避免人為判斷或操作失誤對充裝系統帶來的損壞。

4）根據預設充裝量或金額，自動實現充裝系統的啟停控制，并完成充裝量的準確計量、顯示、結算、打印等功能，有效控制超載等問題。

5）通過對壓力、流量、溫度等參數上下限的設定，實現在充裝管路異常狀態下緊急切斷功能，有效避免事故的發生。

6）可以實現加液次數、加液量、加液金額的查詢和自動累計等功能。

通過自動控制系統實現對低溫液體充裝的自動控制，克服因設備缺陷和人員操作失誤帶來的安全隱患，確保低溫液體充裝安全。

4.3 站控系統

站控系統對低溫泵、站內工藝閥門及加液機進行監控和管理，實現加液等各種工藝過程的采集、控制、顯示、報警等監控功能和參數查詢、歷史記錄查詢及報表打印等管理功能。同時對加液站的安全狀態進行監測，采用二級監測，通過報警器予報警并關閉緊急切斷閥。

4.3.1 控制功能

1）控制系統狀態模式的設計。加液的工藝分為加液、預冷和待機等運行模式，控制系統可實現自動進行切換和控制。

2）泵的運行控制。控制系統針對不同的工藝運行模式，對低溫泵進行啟停和調速控制，以保證各種運行模式下所需的速度和壓力，保證在安全高效下運行。

3）流程閥門的自動控制。控制系統針對不同的工藝運行模式對各工藝閥門的開閉進行自動控制。

4.3.2 數據采集顯示功能

控制盤上實時顯示的參數有：泵池溫度、泵的出口壓力、泵的轉速、泵的運行時間、售氣機溫度、售氣流量累積等。

充液機自動控制系統和站控系統有各自不同的控制功能，相互獨立，但又緊密聯系。

5 結語

低溫液體充裝系統改造達到了充裝預期效果，有效避免了預冷不徹底對設備的損傷，杜絕槽車超載現象，有效降低對充裝管路的損壞，減少人為操作在充裝作業過程的影響，實現液體充裝作業系統的網絡化、集約化、可視化。

Application of Automatic Control in Cryogenic Liquid Filling System

WANG Gang,HUA Xiaona
（Jinan Baode Gas Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

Aiming at the cryogenic liquid filling operation problems,the transformation pipeline,designing and adding automatic control system and station control system and other measures for the reconstruction of the filling pipeline were taken.Actual operation showed that to achieve the desired effect,effectively reduce the damage to the filling line,reduce influence of person operating in filling process,and realize the network,integration and visualization of the liquid filling operation system.

cryogenic liquid;filling system;automatic control;liquid filling machine

TP273；X937

B

1004-4620（2013）01-0057-02

2012-10-22

王剛，男，1972年生，1990年畢業于天津輕工業學院工業分析專業。現為濟南鮑德氣體有限公司市場開發部部長，工程師，從事市場開發和危化品管理工作。

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