铁路罐车密闭装车计量系统的运行分析

一、问题的提出
       济南分公司每年销售汽油约90万吨，其中70%（约63万吨）的汽油通过铁路运输出厂。铁路轻油装车栈台现有26个汽油装车鹤位，一直采用敞口装车方式，存在的问题较多：
       1、汽油在装车过程中，由于油品喷洒、搅动，产生一定的油气挥发，不仅存在很大的安全隐患，而且据有关资料介绍每次装车挥发油气约为装车量的1.8‰左右，造成相当客观的经济损失。
       2、每月汽油装火车约1300节，全部采用人工检尺、测温和采样分析，职工的劳动强度比较大，同时恶劣的工作环境危害了操作员工的身体健康。
       3、装车过程靠人工目测液位，容易出现欠装或超装情况，给客户和铁路部门带来不必要的困难。
       随着企业管理水平的不断提高，为减少产品外运蒸发损耗、消除安全隐患、降低职工劳动强度，2003年济南分公司决定对火车轻油装车台进行改造，新上一套铁路罐车密闭装车自动计量系统，并于2004年6月投用。
       计量装车系统是石油化工行业对外销售的关键环节，它直接关系到企业的经济效益和信誉，但是我国目前的计量装车系统大多采用传统的仪表计量方式，就是利用DCS、PLC或A/D接口板采集现场计量仪表发出的频率或模拟信号，然后在计算机内部根据脉冲当量或量程范围变换成当前的瞬时流量，然后再进行积分累积运算，从而完成装车的计量工作，还有的系统使用与计量仪表成套的批量控制器完成计量装车任务。 
       从上述计量过程中不难发现，这种传统的计量方式存在以下缺陷：
       1、无论采用上述哪种计量方法，都存在二次计量的精度损失。一次计量是在流量检测仪表内部完成的，然后再由检测仪表变换成电信号输出到外界供检测计量系统使用，那么无论二次计量精度有多高，都存在一个精度损失的问题，因此造成了不必要的二次计量精度损失，而计量精度是装车系统中的关键指标。
       2、计量仪表本身所具有的性能没有充分发挥出来。近年来随着IT技术的飞速发展和广泛应用，许多智能化仪表不仅具有就地显示、补偿运算等功能，而且还具有远程数字通信的功能，但与之相应的智能化系统却没有及时跟上，使得仪表性能提高了，系统成本并没有降低，系统集成仍沿袭旧的传统，仪表的先进性、方便性和灵活性没有充分发挥出来。
        鉴于此，我们在新上的铁路罐车密闭装车自动计量系统中充分利用了目前计量仪表的数字通讯性能，采用现场总线的方式直接从计量仪表中读取各类参数，有效解决了传统计量装车系统的缺陷，进一步提高了汽油出厂计量的准确性。
   

二、铁路罐车密闭装车自动计量系统的组成
        由深圳富思达公司开发的自动计量系统由现场控制器、远程控制室、操作微机、计量微机和MIS网关等五部分组成。现场控制器负责采集现场信号、控制阀门和装油过程控制。操作微机通过现场总线收集现场控制器数据，形成各类记录，转发操作员控制命令；通过内部局域网与计量微机相联，计量微机与总厂信息网相联，并提供装油基本信息。MIS网关存储基本信息供上级管理部门查询。
        系统中的五个部分通过两种内部通讯网络相连，其中操作微机和定值控制器之间通过RS485标准现场总线连接，通讯接口采用光电隔离技术，最多可连接64台现场控制器，最大距离为1200米，连接电缆为屏蔽双绞线；操作微机、计量微机和MIS网关的拓扑结构采用标准ETHERNET，使用TCP/IP协议。
        系统体系结构图见图1。
        该系统的操作分为定量装车操作和计量操作两部分。
        现场定量装车过程由装运车间负责，操作员负责在操作微机上录入现场需装车的油品名称、鹤位名称、该鹤位对应的油罐车的车号、车型和预装量等信息。根据这些信息，系统自动完成定量装车任务，并生成“成品油出厂记录”传送至计量中心的专用计量微机。
        计量操作独立于现场装车操作，主要由现场计量仪表、计量微机和现场总线构成。计量微机由计量中心专职计量员负责操作。计量员根据成品油出厂记录，录入相应罐车的容积表号、到站、收货单位以及出厂单号等信息，系统根据这些信息以及从现场计量仪表采集的数字信号自动生成出厂计量单，并传送至公司销售网作为产品销售出厂的计量数据。

 
图1   计量系统体系结构图

        现场计量仪表，我们采用了美国艾默生公司生产的E型罗斯蒙特质量流量计，由一次检测元件－－－－质量流量计传感器和智能变送器2700组成。我公司的计量装车系统就是通过智能变送器上的RS-485数字通讯，利用普通PC机上丰富的RS-232串口资源，使普通PC机与现场质量流量计构成一个智能数字通讯网络结构，然后使用深圳富思达公司开发的PC机上的通讯采集软件包通过该网络与智能变送器进行数字通讯，使PC机获取智能变送器中丰富的信息，如瞬时流量、累计流量、密度、温度等。 
       

三、铁路罐车密闭装车自动计量系统运行分析
        在测量过程中影响测量结果的不仅仅是测量设备，它还涉及到人员、程序、原理、环境等诸多因素，所以测量是一个综合的过程。测量过程控制是包括对测量数据监督、处理、连同纠正在内的全过程，是通过对测量数据的统计，分析其误差是否在计量允差范围内，从而实现对测量的控制，使测量结果满足测量需求。测量过程控制可用图2表示。

       为使济南分公司铁路罐车密闭装车自动计量系统最终达到贸易交接的条件，我们采用了测量的过程控制方法，从质量流量计进厂、安装、调试到投用做了大量工作，通过罐区付出、槽车检尺、过衡称重与流量计读数进行了长期的比对跟踪，获得上千组标定数据。
        （一） 质量流量计比对数据分析
         1、 单个鹤位的手检尺与流量计标定数据见表1和图3。

         2、 每一批付油后流量计与手检尺标定数据见表2和图4。

        3、单个鹤位的流量计与静态衡比对数据见表3。

4、每批付油后流量计与静态轨道衡比对数据见表4

        （二）误差影响因素分析
        从系统运行情况看，虽然我们使用了0.1级的质量流量计，计量精度较高，但流量计与手检尺、静态衡比对的数据并不理想。根据我们对全过程的跟踪分析，在实际使用中油品计量的最终结果同时也受以下因素影响：
       1、传感器安装方位的影响。由于质量流量计到货较晚，检修期间现场施工采用了设置临时直管段替代流量计的办法。流量计到厂后将该直管段拆除，直接安装流量计。由于施工质量和管段变形等原因，有个别表存在安装不垂直，法兰不对中的现象，使流量计存在过度应力，影响流量计计量的精确性。
       2、气动控制阀密封性能的好坏。气动控制阀密封不严,批量控制器在开始采集数据前，流量计已经开始走量而造成漏计量；另装车完毕，由于气动阀关闭不严，会造成付完油冒罐的危险。
       3、操作流程的影响。装车工每次装车完毕，有时会打开气动阀后的回油阀，便于排空鹤管内的油品以防漏油。再次装车时汽油需重新充满鹤管，流量计读数与实际装车量相比偏大。鹤管直径100mm，长约4m，大约可储存25kg的汽<