罐区计量自动化系统开始采用无线技术

    对于任何石油化工下游运营公司来说，储存罐区都是关键一环，但在过去，它们常被视为非战略部分且不被重视。然而，一些引人注目的事故，如2005年发生在英国邦斯菲尔德的油库火灾爆炸和最近一次在2012委内瑞拉的艾姆威精炼厂事件，外加近期低迷的全球经济局势，这些都已经让很多家公司对这些设施重新产生兴趣，探索改善运营的方法。

    本文结合实际生活案例，举例说明罐区运营商如何利用无线技术来解决在安全性、可靠性和环境保护，以及在运营和维修等方面面临的挑战。

    传统储存罐区是储存石油产品的简易仓库，因此，这些设施没有得到像其它上游或下游设施那样的战略投资。事实上，在全球范围内仍有一些工厂不使用任何自动化设备。然而，近年来人们对罐区自动化产生了新的兴趣。这些变化的产生主要由于以下几个因素：

   如火灾和爆炸等不幸事件的发生，如英国邦斯菲尔德、斋浦尔、印度、巴亚蒙、波多黎各等地的事件，在储存罐区开始执行更严格的健康、安全和环保规定。

   对石油产品供应和需求的改变使得主要参与者将储存罐区作为战略实体，并逐渐重视从每一滴和每立方英寸产品中获取的价值。

   有充分的证据表明，随着罐区效率的提高，业内采用自动化技术的企业已获得了显著的投资回报。

   罐区业主/运营商目前正投入大量资金进行设备更新。他们运用新技术，如雷达液位计和无线基础设施，达到法规的要求并在将来验证设备性能。

   当前状况

   多年来，罐区采取手动整体操作，包括从液位测量到将数据输送给历史记录和其它应用程序。手工作业容易受到人员操作错误和失误的影响，可能会导致安全、质量和生产力的问题。

   人工采集的另一个挑战是对丰富技能和渊博知识的操作员有依赖性。随着有经验的操作者达到退休年龄，该流程工业正在努力招收新的年轻工程师，所以所面临的主要问题是寻找和招募拥有该工作所需技能的员工。

   因此，石油企业已经开始意识到罐区操作对自动化的需求。特别是新的独立参与者已经发现，他们可以使用自动控制及其相关获益来获得竞争优势。

   然而，这种向现代化罐区的转变不会止步于自动化储罐计量，还有许多其它罐区设施正面临挑战。许多老化的基础设施已不能适应当前的需要，尤其是那些超出新规范的情况。例如API2350第3类和溢出保护系统建议每个罐采用两个独立水平测量值。安装两个不同的液位计并不难做到，但将获取的数据返回到控制室是一个挑战；从布线的成本和挖掘的法规，到物理障碍，如地形，铁路等。在现有设施下，运营商也面临着电缆的质量问题，电缆可能生锈和损坏。

   将数据发送回控制室不仅受限于储罐的液位。例如，手动操作油品移动时，挑战将是协调不同产品的移动时间，更重要的是，需要避免错误，例如不正确的混合等。设施要在控制系统中监视移动路径中阀门的开度信息，并获得额外的可燃气体数据、振动数据，以及使用CCTV摄像机进行现场监控。除此之外，挑战还包括CAPEX(capital expense: 资本性支出)和OPEX(operatingexpense: 收益性支出)的实施，减少的人力，当然，还有合规性。

   无线储罐计量

   在过去的几年中，无线技术已成为能解决罐区运营商面临的多个挑战的方法。无线雷达液位计可用于基本液位测量，甚至是满溢报警。由公司的政策所引导，全球各地的情况各有不同。在美国，无线技术正用于满溢报警，而欧洲运营商目前较为保守。然而，无线技术在欧洲仍得到有效使用，将主要液位计的设施从有线转换为无线，以及将原有的电缆用于溢出监控的应用。

   例如，美国一个炼油厂的罐区采用一系列来自多个供应商的雷达液位计和罐区自动化系统。长达数十年的时间内，大多数设备与布线基础设施开始老化。老化的基础设施是准确库存信息的获取和控制室中高—高液位报警的主要挑战。当地也要满足API2350中新的溢出保护法规。

   管理人员认为设备需要更新，但仅提供有限的资本支出。因为无线设备不需要布置新的电缆基础设施，并允许现场保持在预算范围内，技术团队决定对其进行评估。

   成功试点后，现场布置采用霍尼韦尔OneWireless网络的霍尼韦尔Enraf FlexLine雷达液位计。雷达液位计所测得的贸易交接级的液位数据通过无线方式传输到控制室。控制室中的DCS配有高—高水平的报警装置。据报道在现场获取了潜在溢出的初期迹象。两个罐区面积超过10公里，仅电缆耗资数百万美元。此外，现场打算使用无线基础设施来支持未来的各种生产和可靠性应用需求。

   另一个案例中，欧洲的管道罐区在储罐上布线时，把电力电缆和通讯电线敷设在同一电缆沟槽内。然而早期的规范允许值达65伏特，最新规范不允许电缆线上的交流电超过50伏特。因此，要求更换电缆。然而，只是铺设新的电缆基础设施将不仅花费数百万欧元，还将影响当前的操作。为了解决这一问题，当地决定采用无线技术。最近，无线雷达液位计试点成功，并将很快移植到当前的自动化罐区系统。

   采用无线技术，新的装置能实现低建设和运行成本，去除电源电缆外的所有接线成本，和罐区布置设计的灵活性等若干优势。同时现存的装置还具有提高实用性、效率和减小维修的优势，消除电缆腐蚀带来的问题。在典型罐区上，这些效益加起来可以达到一年150万～200万美元。

   除了储罐计量之外的更多应用

   （1）提高运作效率

   无线技术应被视为推动力，而不仅仅是布线问题的解决办法。随着劳动力的减少，雇员的生产力变得十分重要。给雇员配备智能移动的应用，如霍尼韦尔现场巡检和Experion移动操作站，通过消除人工巡检和潜在的人为错误，不仅能提高其生产力和效率，还提升操作者的可靠性。总的来说，好处是维修量减小，运营支出减少、盈利可观。

   （2）提高安全性

   雇员对于罐区的成功运营有着重要作用，但是油库的工作条件反映出很多性能和安全的挑战。无线雷达液位计和远程诊断几乎消除了物理上对攀爬储罐的需要。同样在无线授权和在线软件升级的特点上，霍尼韦尔无线方案的使用者可以通过控制室的安全控制来进行设备在线远程诊断和维护。

   安全性规范要求在罐区配备一个便携式气体检测仪，但是无线技术将该应用需求的安全水平提高到新的水平。通过OneWireless无线主干网络提供的wi-fi无线通讯连接，霍尼韦尔分析无线便携气体检测仪能将实时的可燃气体浓度数据发送回控制室。更进一步的三维定位，支持系统提供处于危险中人员的位置信息，支持危险事故发生时的最快响应。总之，确保员工更安全。

   同样，电池供电的红外线固定式无线气体检测仪表，可以安装在每个储罐的周围，检测碳氢化合物气体数据。借助OneWireless网络，设备发送连续的气体浓度等级到控制系统，允许现场快速检测气体泄露。

   （3）提高可靠性

   油泵在每个罐区起重要作用，由于油泵故障造成的总体日运营损失可达100,000美元。除此之外，油泵没有信号采集功能，其性能状况由人工监测，使由设备故障造成的早期预警信号被错过的风险增加。对于旋转设备性能的连续监测，有许多解决方案可用，但面临的主要挑战是以符合成本效益的方式把数据传回设备状态检测平台上。无线技术克服了这一障碍，无需敷设电缆和接线，可以很方便地实现泵状态数据无线采集。罐区运营商现在正以更连续的方式使用无线振动传送器监控泵的状态数据。

  这种应用支持将被动维护转换为预测和预防性维护，并因此减少罐区的非计划停机和维护成本。

   选择正确的解决办法

   好的无线液位计系统必须是真正的一体化无线，这意味着无线雷达液位计应该完整、统一、一体化的设计，包括无线通讯模块。相反，如果都采用分散的独立设备，如雷达液位计，集线器和沿着罐向上和向下的天线等解决方案不便维护和安装，增加潜在故障点。

   好的无线设备应该支持无线在线软件升级和组态。大多数的ISA100无线设备都具备这种能力，调试和维护非常简单。无线罐区自动化系统的核心是无线网络。该网络需要在任何时候都保持可靠和可用，并需要支持多种应用。于是，问题出现了，你需要两个无线网络，一个用于现场设备和一个用于wi-fi吗？答案是否定的！以OneWireless网络为例，能提供工业无线网络，同时支持ISA100无线仪表和wi-fi移动设备。用户可选择来自不同厂商的符合ISA100无线标准的无线设备，如霍尼韦尔的无线雷达液位计和XYR系列无线变送器，本特利内华达的无线振动变送器，GasSecure的GS01烃类气体探测器等。

   同样的无线基础架构同时支持wi-fi移动设备，如霍尼韦尔的无线便携式气体检测仪、移动工作站、移动摄像机和固定摄像机。

   在解决方案不断发展的行业中，最成功的技术是新旧技术的融合。ISA100标准提供了通道的功能，允许供应商通过ISA100网络发送专有的或基于标准的协议。例如，本特利内华达的wSIM振动变送器通过ISA100网络发送其专有的振动特征到本特利内华达的振动分析应用程序。该功能支持设备能继续使用现有应用程序或协议运作，而不需要在其他应用程序和培训上再次投资。

   结论

  有极少数技术和投资回报能够同无线技术方案相比较。无线技术提供经济适用和可靠的无线雷达液位计，最终得到更高的生产效率和效益，同时能帮助设备在CAPEX和OPEX的限制范围内满足环保规定的要求。

  罐区运营商很好地接受了无线液位计，现在正对无线基础架构进行更智慧的投资。 

   摘自《自动化博览》2013年8月刊

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