【正文】 本科 課程設(shè)計(jì) 1 1 緒論 凡是用來接收、儲(chǔ)存和發(fā)放原油或原油產(chǎn)品的企業(yè)和單位都稱為油庫。油庫是協(xié)調(diào)原油生產(chǎn)、原油加工、成品油供應(yīng)及運(yùn)輸?shù)募~帶，是國(guó)家石油儲(chǔ)備和供應(yīng)的基地，它對(duì)于保障國(guó)防和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展具有相當(dāng)重要的意義。隨之加油站、油庫、輸油管線及相關(guān)配套計(jì)量管理器措施也在快速跟進(jìn)，油庫除新建外，老庫急需增容擴(kuò)建，由于經(jīng)濟(jì)體制及管理模式不同致使油庫管理水平參差不齊。隨著新科技引用，要求油庫配備液位儀配備必要的安全監(jiān)測(cè)（監(jiān)控）系統(tǒng)。本課程設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書以及相關(guān)資料，運(yùn)用智能模塊，組態(tài)王能軟件系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和繪制油庫監(jiān)控系統(tǒng)和工藝流程圖。介紹了將管理軟件和硬件監(jiān)控相結(jié)合 的安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，把罐區(qū)諸多危險(xiǎn)因素和危險(xiǎn)參數(shù)給予實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警和控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，并采取措施加以防范，避免事故的發(fā)生。 國(guó)內(nèi)外油庫現(xiàn)狀 我國(guó)非常豐富的石油資源，是今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一，無論是開發(fā)利用國(guó)內(nèi)石油資源，還是利用國(guó)外石油資源，它們都離不開儲(chǔ)備油庫。石油在城市中的應(yīng)用越來越廣泛，使得許多城市的油庫建設(shè)成為重點(diǎn)。在現(xiàn)在加油站不斷增多的情況下，要求有更多的油庫盡快建成。國(guó)內(nèi)外油庫建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域的專家學(xué)者就油庫設(shè)計(jì)開發(fā)應(yīng)用前景及合作已進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的研究。 根據(jù)我國(guó)國(guó)情，我國(guó)現(xiàn)在戰(zhàn)略儲(chǔ)備量還很少，但近年來國(guó)內(nèi)油庫庫容保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。從地域來看，主要分布在廣東、江蘇、浙江、上海、山東等地。石油庫建設(shè)規(guī)模不一，庫容大則在 500 104m179。小的也有幾千到幾萬 m179。這預(yù)示著在未來的十幾年間，我國(guó)油庫的發(fā)展在以后會(huì)有很大的發(fā)展空間，還有一大批油庫待建。但計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在油庫現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用比外國(guó)起步遲，相對(duì)落后。 在國(guó)外，對(duì)大型石油石化公司的“低成本戰(zhàn)略”進(jìn)行了全方位、多角度的綜合分析，并提出了適合我國(guó)石油石化工業(yè)國(guó)情的“低成本戰(zhàn)略”。 70 年代前期，阿拉伯國(guó)家以石油為武器對(duì)西方國(guó)家實(shí)施禁運(yùn)，導(dǎo)致美國(guó)國(guó)內(nèi)石油產(chǎn)品供應(yīng)緊缺，價(jià)格飛漲，最終使美國(guó)經(jīng)濟(jì)陷入長(zhǎng)時(shí)期的嚴(yán)重衰退。 油庫的布局要求 平面布置 油庫平面布置的目的是為了合理地確定油庫各設(shè)施的位置，以保證油庫有一個(gè)安全的環(huán)境，使得油品的儲(chǔ)存、輸轉(zhuǎn)以及收發(fā)作業(yè)能夠順利地進(jìn)行。鐵路裝卸區(qū)宜布置在油庫的邊緣地帶，這樣不致因鐵路油罐車的進(jìn)出而影響其它各區(qū)的操作管理，也減少鐵路與庫內(nèi)道路的交叉，有利于安全和消防。海港裝卸油品碼頭，不宜與其它碼頭建在同一港區(qū)水域內(nèi)，主要是考慮當(dāng)裝卸油碼頭與其它碼頭布置在同一港區(qū)水域內(nèi)時(shí)，一旦油船或油碼頭發(fā)生火災(zāi)，船舶撤離困難，特別是當(dāng)裝卸油碼頭設(shè)在港區(qū)進(jìn)出口附近時(shí)，船舶根本無法撤離，將會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失。 公路裝卸區(qū)應(yīng)布置在油庫面向公路的一側(cè)，油庫出入口附近，并盡量靠近公路干線，以便與公路干線銜接。在出入口處應(yīng)設(shè)業(yè)務(wù)室、休息室，外來人員只限在該區(qū)活動(dòng)，更有利于安全管理。油庫中絕大多數(shù)油品都儲(chǔ)存在這里，它是油庫的核心要害部位，要特別注意它的安全。一般油罐排列的順序是輕質(zhì)油罐離裝卸油泵房較遠(yuǎn)，重質(zhì)油罐離裝卸油泵房較近，大多數(shù)是汽油、煤油、柴油的順序，這樣排列在工藝上是有利西安石油大學(xué) 本科 課程設(shè)計(jì) 3 的。對(duì)于粘度較大、凝固點(diǎn)較高的重質(zhì)油品的油罐，如果布置在較遠(yuǎn)的位置，由于管線增長(zhǎng)，相應(yīng)的加熱保溫設(shè)施也要增加，不僅管線的摩阻損失增加，而且管線的建設(shè)投資費(fèi)用也要增加。鍋爐房為明火生產(chǎn)建筑，應(yīng)布置在油氣散發(fā)區(qū)年最小風(fēng)頻方向的下風(fēng)側(cè)，并盡可能布置在供熱負(fù)荷的中心地段或接近熱負(fù)荷較大的建（構(gòu)）筑物，以便盡量縮短管線，減少熱損耗，并考慮自流回水的可能性。 行 政管理區(qū)內(nèi)的一些業(yè)務(wù)部門，一般布置在油庫主要出入口附近，并應(yīng)設(shè)單獨(dú)對(duì)外的出入口，宜設(shè)圍墻與其它各區(qū)隔開，以便于聯(lián)系工作和使接洽業(yè)務(wù)人員不進(jìn)庫區(qū)。布置在庫內(nèi)的道路應(yīng)做到聯(lián)系方便，線路短捷，便于排水，符合安全防火要求。 立面布置 進(jìn)行立面 布置的目的，是要合理地確定出各工藝設(shè)備、建（構(gòu)）筑物和管線的標(biāo)高，保證各生產(chǎn)設(shè)施之間，特別是裝卸油品作業(yè)時(shí)能有良好的工作條件，滿足生產(chǎn)上的需要。對(duì)庫內(nèi)地勢(shì)予以全面規(guī)劃，以便于排泄地面水，保證管線及道路坡度均勻。 圖 11 油庫平面布局圖 西安石油大學(xué) 本科 課程設(shè)計(jì) 4 油庫的主要設(shè)備 1. 儲(chǔ)油設(shè)備 （ 1） 立式圓形金屬油罐 錐頂罐 :主要用于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油 拱頂罐 :主要用于儲(chǔ)存柴油、煤油、汽油、重油 內(nèi)浮頂罐 :主要用于儲(chǔ)存汽油 外浮頂罐 :主要用于儲(chǔ)存原油 （ 2） 臥式油罐 地上 :大多用于儲(chǔ)存潤(rùn)滑油 ,也有用于加油站地上儲(chǔ)油罐和 LPG 儲(chǔ)罐 地下 :主要用于加油站地上和地下儲(chǔ)油罐 （ 3） 球罐 主要用于儲(chǔ)存液化石油氣 2 . 輸送設(shè)備 主要有 :管線，閥門，機(jī)泵。比較容易出現(xiàn)問題，或者我們與之關(guān)系密切的主要是閥門和機(jī)泵。 油庫用泵類型 : 收發(fā)油泵 :離心油泵 ,螺桿泵，而重油收油也有用往復(fù)泵。 消防泵 :清水泵和泡沫泵，大多使用多級(jí)離心泵 (D 型 ).。 3. 收發(fā)油設(shè)備 主要有 :裝卸油鶴管，棧橋等，用于進(jìn)行收發(fā)油操作。 5. 儀表設(shè)備 計(jì)量、 測(cè)溫、測(cè)壓儀表。 液位計(jì)：鋼帶式，差壓式，雷達(dá)，超聲波液位計(jì)。 流量計(jì)：渦輪，橢圓齒輪和蘿茨流量計(jì)等。 7. 其它設(shè)備 電機(jī)、電器、壓縮機(jī)、過濾器和法蘭等。工藝流程應(yīng)包括油庫內(nèi)管線、管件、閥門、機(jī)泵、油罐及其連接關(guān)系，所輸、所儲(chǔ)油品的種類，設(shè)備的大小型號(hào)，油品的流向等。 對(duì)油庫的工藝流程設(shè)計(jì)一般有如下要求： 1） 能夠完成油庫所有業(yè)務(wù)要求，保證油品質(zhì)量； 2） 操作方便，互不干擾，不致因幾種油品同時(shí)收發(fā)而互相影響； 3） 調(diào)度靈活，泵機(jī)組間互為備用； 4） 安全可靠，能盡可能地避免誤操作，能在發(fā)生故障時(shí)迅速切斷油路； 5） 經(jīng)濟(jì)節(jié) 約，充分發(fā)揮設(shè)備的利用率。從各個(gè)采油隊(duì)輸送過來的原油首先通過計(jì)量器計(jì)量后又進(jìn)入聯(lián)合站的油氣水三相分離器，在這里實(shí)現(xiàn)氣體和液體的分離。 油罐區(qū)流程。經(jīng)過加熱和脫水后的原油進(jìn)入凈化油罐 ，等待外輸。從油罐區(qū)二次沉降罐輸送過來的原油在這里經(jīng)過加熱，以利于原油的輸送，然后送到脫水器脫水。經(jīng)過加熱和脫水處理的原油含水已經(jīng)很少，通過原油外輸泵將原油輸送出聯(lián)合站。在這一流程里，從一次沉降罐過來的污水首先進(jìn)入緩沖罐，將含有的殘留天然氣進(jìn)行收集。本次設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng) 達(dá)到以下目的： 1）能及時(shí)地，正確地對(duì)運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀況做出全面監(jiān)測(cè)，預(yù)防和消除事故隱患。 3）通過對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、隱患分析和性能評(píng)估等，為設(shè)備的結(jié)構(gòu)修改、設(shè)計(jì)優(yōu)化和安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)和信息。因此，自動(dòng)化控制與管理信息系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)加集油站全面自動(dòng)化 監(jiān)控提供了可能。 表 11 油庫控制系統(tǒng) I/O 變量表 序號(hào) 設(shè)備名稱 總點(diǎn)數(shù) 控制量 AI AO DI DO 1 1 個(gè)三相分離器 8 水室的液位、壓力、溫度 3 油室的液位、壓力、溫度 3 油室、水室液位恒定控制 2 2 1 個(gè)緩沖罐 4 罐的液位、壓力、溫度 3 罐的壓力恒定控制 1 4 1 個(gè)分餾塔 3 塔的液位、壓力、溫度 3 5 1 個(gè)沉降罐 3 罐的液位、壓力、溫度 3 7 1 個(gè)柴油罐 3 罐的液位、壓力、溫度 3 8 1 個(gè)天然氣罐 2 罐的壓力、溫度 2 9 1 個(gè)汽油罐 3 罐的液位、壓力、溫度 3 10 7 個(gè)電磁閥 7 閥的開、關(guān)控制 7 11 2 個(gè)外輸泵 8 泵的前后壓力 4 泵的起、停 2 泵運(yùn)行狀況顯示 2 12 4 個(gè)中輸泵 16 泵的前后壓力 8 泵的起、停 4 泵運(yùn) 行狀況顯示 4 西安石油大學(xué) 本科 課程設(shè)計(jì) 7 13 6 個(gè)流量計(jì) 3 監(jiān)控個(gè)反應(yīng)器前的流量 6 合計(jì) 60 38 3 6 13 在詳細(xì)設(shè)計(jì)完 I/O 點(diǎn)數(shù)后，還要列些每個(gè)點(diǎn)的參數(shù)表，參數(shù)表中每一個(gè)值都必須與現(xiàn)場(chǎng)完全對(duì)應(yīng) ,得到下表 12。壓電式傳感器具有體積小、質(zhì)量小、工作頻帶寬等特點(diǎn)，因此在各種動(dòng)態(tài)力、機(jī)械沖力與振動(dòng)的測(cè)量，以及聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、宇航等方面都得到了非常廣泛的應(yīng)用。隨著對(duì)材料的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)石英晶體、碳酸鋇、鋯碳酸鉛等材 料是性能優(yōu)良的壓電材料。壓電材料的主要特性參數(shù)有以下幾個(gè)。 （ 2）彈性常數(shù) 壓電材料的彈性常數(shù)決定著壓電元件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。 （ 4）機(jī)械耦合系數(shù)。 （ 5）電阻 壓電材料的絕緣電阻將減少電荷的泄露，從而改善壓電傳感器的低頻特性。 它是指壓電材料開始喪失壓電特性的溫度。利用金屬片接受液體壓力。近年來．已經(jīng)研制出了體積小、溫度范圍寬、可靠性好、精度高的壓力式液位傳感器，液位 的丈量。同時(shí)，其應(yīng)用范圍也不時(shí)地拓寬。 壓力液位傳感器的分類 簡(jiǎn)單介紹幾種壓力式液位傳感器 1）壓力式液位傳感器 工作原理：壓力式液位傳感器主要由傳感器、信號(hào)放大器等組成。安裝在液艙底部的傳感器可及時(shí)感應(yīng)由于液體變化而引起的壓力變化，并將壓力變化轉(zhuǎn)化換成電信號(hào)，通過電纜傳送給信號(hào)放大器，輸出 4～ 20mA（二線制）直流信號(hào)，此信號(hào)可由液位顯示器直接顯示液位的數(shù)值，亦可由裝載計(jì) 算機(jī)顯示和控制艙柜的液位。 同時(shí)，通過導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 Po 與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的 Po ，使傳感器測(cè)得壓力為：ρ . ，顯然 , 通過測(cè)