尚玉涛, 刘 鑫

(山东港口烟台港西港建设管理部，山东 烟台 264000)

1 项目概况

本铁路装卸车区已建成2股装卸铁路线(y1和y2)并预留2条铁路线(y3和y4)。铁路线y1(直线长771 m)，y2(直线长770 m)，整体道床长度680 m最大可满足整列(原油罐车每列57节罐车或成品油罐车每列56节罐车，每节罐车12 m)的装卸要求，铁路装卸栈桥设在铁路线y1和y2中间，可双侧装卸车，铁路栈桥长678 m，宽度3.5 m，高度3.9 m，设计的最大装卸车鹤位数为226个(原油装车114个，成品油装卸车112个)，装车油品品种为原油(或燃料油)。铁路装卸站场内新建变电所(含控制室)、泡沫间、污水提升池、雨水监控池等公辅设施，生产生活用水接自外部市政管网，项目用电依托港区变电所，项目所用蒸汽利用泰山石化蒸汽余量敷设一条的蒸汽管线，消防用水依托港区消防泵站。

烟台港西港区专用铁路工程油品装卸站项目情况及工艺流程如下。

1.1 原油/燃料油装车

原油装车线自泰山石化公司5#罐组的2个DN450装船线甩头起，设置2根DN500的原油/燃料油管道，经泰山石化公司装卸车区东侧管廊，沿疏港大道南侧的绿化带，穿越涵洞，到达装车栈台。

铁路油品装卸站栈桥为钢筋混凝土结构，栈桥两端和沿栈桥每隔60～80 m设置上下栈桥扶梯，共12个。栈桥两侧各布置57个原油/燃料油装车鹤位，每个鹤位间距12 m，以适应1整列57节原油油罐车装车作业。每个装车鹤管配置1套定量装车系统，定量装车系统只做定量控制。装车栈桥两侧同时进行装车作业的最大效率约2 500 m3/h，可以满足栈桥每侧约15台鹤管同时装车。

1.2 工艺流程

(1) 油品装车工艺流程：陆域罐区→装车泵→工艺管线→装卸鹤管→火车槽车。

(2) 油气回收流程：火车槽车→气相回收管→油气回收装置→油罐。

2 项目配置方案

2.1 装车鹤管

本工程工艺方案为小鹤管方案，间距12 m布置在装车栈桥上(图1)。鹤管旋转接头采用双滚道支承结构，设有平衡装置，实现臂的操作轻便灵活，降低劳动强度。鹤管可以实现水平方向、垂直方向范围的回转，轻松实现与罐车对接，并设有锁死装置，在锁死状态下使鹤管转回与栈桥长度方向平行，达到防风目的。整个鹤管采用防静电设计，并具有油气回收功能，装车时实现密闭操作，油气收集管采用软管连接。鹤管密封帽为溢油探测器预留开口，并做好密封措施。

图1 鹤管12 m间隔布置

2.2 定量装车系统

每个鹤位布置一套定量装车控制系统，对鹤管的装油量进行控制。定量装车控制系统采用集散式结构，由现场定量装车控制设备和监控管理上位机构成，采用稳定可靠的工业以太网络(图2)。现场定量装车设备包括批量控制仪、流量计、电动调节阀和溢油静电保护器等设备组成。设置就地发油和远程发油两种发油方式。定量装车系统与本工程控制系统进行通信，进行数据和信号的传输。

图2 定量装车系统图

(1) 批量控制仪是定量装车控制系统的现场核心。在装车过程中，需要实时检测流量、温度(原油/燃料油)、接地等参数，对阀门和泵进行控制。在这一过程中，要求实时性强，单凭人工是很难达到的。本工程采用PLC控制的批量装车控制仪将计算机控制技术、网络技术与通信技术有机结合起来，实现装车过程的分散控制与集中管理。

(2) 在本系统中，电动O型调节球阀作流量控制阀门用，用于原油/燃料油装车的阀门(图3)。装车初始阶段，实现小流量装车，防止大流量产生静电危险；当装车到一定量后，实现正常流量装车；装车结束阶段逐渐小流量，实现小流量装车，防止管道产生水击。当阀门在小开度时，流量变化平稳，控制精确。保证物料装车鹤管出口未完全浸入液面之前，管口流速应限制在1 m/s 以内；装车鹤管出口完全浸入液面后，小鹤管出口流速不得大于 7 m/s 。

图3 电动调节阀及流量计

(3) 静电接地夹具有一对合金钢破漆针，能很好地穿透槽车表面的污垢，保证接地良好。防溢开关安装于装车鹤管的垂管位置，其目的是用来监测物料灌装时允许达到的最高点，一旦液位达到这允许的最高点，传感器就会给出“反应”，告知系统该舱位如继续灌装，将可能发生溢出。

定量装车仪在接收到上位机下单或者现场输入装车数量后,开始进行自检并检测现场静电和液位开关的状态,待一切正常后,现场按启动按钮开始装车,控制仪自动开启装车阀，装车阀为两段控制，正常先开启一段为小流量，流量计开始计量。待流量稳定后在开启第二段为全开状态，开始正常装车，待装车达到设定提前量，装车阀开始关闭，当装车达到最后设定提前量或高液位时，关阀，装车结束。关阀流程按分段关闭控制。

联锁报警功能是基于安全方面考虑的，分为静电接地联锁和高位报警联锁两部分。装车时由于介质都是易燃易爆品，在装车过程中易产生静电，如果不及时接地释放，静电累积会产生危险。本系统的静电接地联锁报警就是基于此而设计的。它通过静电接地夹将装车的车体与大地连接，将产生的静电及时释放，系统实时检测车体与大地的连接情况，如果发现接地不良，立即停止装车并报警。高位报警通过安装在鹤管密封帽下的防溢开关实现。当装车量超高导致液位开关动作时，防溢开关输出信号给装车控制仪，装车控制仪立即停止装车并发出声光报警。

2.3 控制系统(SCADA)与安全仪表系统(SIS)

本工程控制系统主要控制：火车装车线电动阀门及配套设施的控制，管线温度、压力及扫仓罐液位检测；火车装车线与罐区管线的紧急切断阀、切断阀、清管阀等设备的控制，上述区域管线温度、压力检测；与泰山石化罐区装车泵的连锁控制、启停控制、流量设定要求等；还包括火车装卸车鹤位的急停控制。预留火车装车线与其他五个罐区的控制接口及连锁控制。

为保证火车装车系统自动化控制系统的可靠性，中央控制站采用PC服务器和操作站方案；PLC采用热备冗余方案，即CPU、电源、通讯模块和机架冗余；火车装车系统自动化控制系统的以太网通讯网络应采用冗余光纤介质。控制系统供电采用UPS供电。

本工程安全度等级经评定为SIL3，据此设置SIS系统。SIS一般采用多重冗余结构以提高系统的硬件故障裕度，单一故障不会导致SIS安全功能丧失，可以监测生产过程中出现的或者潜伏的危险，发出告警信息或直接执行预定程序，立即进入操作，防止事故的发生、降低事故带来的危害及其影响。

本工程SIS安全仪表系统操作的单元为紧急切断阀及其ESD按钮、库区分断阀ESD按钮和栈桥区域的ESD按钮。位于中控制的SIS操作台上设置紧急切断阀的ESD按钮。现场的输入信号全部接入中控制设备间的SIS系统机柜，经安全继电器隔离后接入SIS系统。安全继电器输出两路信号，一路进SIS系统，另一路接入工艺控制系统PLC机柜。消防与火灾报警与自控系统连接后 ，输出紧急报警接点给SIS系统，实现联动；系统除设有监控操作站外，还与自控系统平台传输数据，在SCADA系统中形成统一化监控，同时SCADA集成SIS监控界面，并与泰山石化库区DCS系统进行互联互通，与烟台港危化品管理平台实现数据对接。

2.4 原库区变频改造及控制系统连接

本工程依托泰山石化库区作为物料来源，库区油泵为装船泵，兼顾用作原油装车泵存在以下问题：①原装船泵为大流量高扬程机泵不适合装车要求；②原装船泵工频定速电机出现“大马拉小车”的现象，输油泵通过出口节流阀做大量无用功，既浪费电能，又缩短了输油泵机组的维护周期和使用寿命；③工频电机直接启动时，启动电流为额定电流的6～7倍，对设备和供电电网造成较大冲击，对电网容量要求高。

针对以上情况，对泰山石化库区装船泵进行变频改造，增设变频器等设备，并把油泵电机由工频电机改造为变频电机。同时，在变频器系统的PLC中，集成变频器的控制程序，尽量减少对泰山石化控制系统的调整优化。在本工程SCADA系统和泰山石化DCS系统之间敷设光缆，使两个系统形成通信连锁，以实现原油火车装车工艺流程的启停控制。

2.5 油气回收系统

为了保护环境，减少大气污染，按照《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 31570-2015)要求，在铁路装卸站东侧设置一套油气回收处理系统，用于处理原油/燃料油和成品油装车时产生的油气。油气回收最大处理能力3 000 m3/h,油气去除效率≥97%。油品装车时，油气首先经过脱硫装置后进入油气回收设施处理。

油气回收处理装置是通过冷凝、焚烧等方法将装卸过程中挥发排放的油气回收处理的装置，冷凝属于回收类处理技术，焚烧属于去除类处理技术。目前多采用组合工艺方法以有效达到污染物排放标准。本工程油气回收工艺方案采用冷凝+焚烧组合工艺，焚烧所需要的助燃气由LPG气罐撬组提供。

本工程油气回收系统分为冷凝压缩撬组、LPG液化气撬组和废气焚烧撬组，以及一套配电和控制系统(图4)。

图4 油气回收系统

系统自带的PLC控制系统，能够实现独立的全自动无人值守式控制，并具有远程控制接口，能够与SCADA控制系统进行信号传输，以便控制系统对油气回收工作状态的检测，和系统故障状态下的连锁控制。

3 结束语

依托各种先进可靠的工艺设备系统和稳定的PLC控制系统之间的相互配合，成功实现了烟台港西港区专用铁路工程的原油装火车工艺，同时达到了安全、高效和绿色环保的目的。