摘要

本文介绍了某LPG罐区成功实现自动化的先进案例，在仅一周的时间内，该罐区实现了整个控制系统和全部运行监控的自动化，并严格遵循国际环境与安全法规的各项要求，成功实现了与现有的Pemex天然气与石化系统的无缝集成。

Abstract

This paper presents a leading case in which it was sought to implement LPG terminal automation, in just one week, including an integral control system, 100% monitoring of the operations, compliance to all International environmental and safety requirements, and integration with the existing system of Pemex Gas and Basic Petrochemicals.

该罐区位于墨西哥阿他托尼科市，是现代化程度最高的罐区之一，主要负责LPG的接收、存储和输送。该罐区的设计产能为20,000 bpd，每天可灌装160辆油罐车。

罐区通过18km的PEMEX Cactus管线输送LPG，确保满足墨西哥中东部地区目前和未来的LPG需求。同时罐区设备必须通过严格的质量、安全和环保的管控标准。

罐区主要负责LPG油罐车的接收、存储、安全和灌装。产品的接收压力为20 kg/cm2，可以选择存储在室温环境下压力为7 kg/cm2、容积约为4000 m3的两个储罐内。

目标

在整个项目初期，股东们提出了以下基本要求，以确保该罐区的正常运行：

1) 控制系统运行的安全性和灵活性，以及与现有的Pemex天然气与石化系统正确、可靠的集成。

2) 安全系统必须实现对操作的100%监控，同时整个运营周期都应满足所有国际环境和安全法规要求。

3) 必须在一周内完成项目实施。

为了实现罐区接收、存储和输送的最佳运行和控制，对该项目提出了更多的要求：

? 确保在第一阶段达到12,500至50,000 bpd的灌装能力。

? 满足墨西哥中东部地区LPG的数量和质量需求。

? 运营周期和罐区设备生命周期达到国际标准（30年）。

整体方案

该罐区的设施建设对于EPC承包商（设计、采购、施工和工程采购）带来了巨大挑战。项目需要设计一个全面的解决方案，包含罐区过程控制系统（监控库存和油罐车灌装）以及罐区安全仪表系统（紧急停车系统和火气系统）。同时，还需要提供控制系统的访问权限，从而确保Pemex(SAP)管理系统与罐区控制和安全仪表系统之间的正确通讯。

图2. 整体架构 – 罐区设施

来自艾默生过程管理的专家团队拥有罐区的自动化专业知识和经验，他们与罐区的操作人员的合作贯穿整个FEED阶段（前期工程和设计阶段）。艾默生建议配置DCS系统（分布式控制系统）实现罐区的自动化，然而项目最初阶段选择使用PLC 系统(可编程序逻辑系统)。 配置DCS系统的方案最终获得了负责项目审计公司（AEC独立工程服务公司）的支持，AEC公司负责为罐区避免短期内资产贬值提供担保。AEC董事长Anthony E. Chodorowski说：“我们负责确定满足技术要求的最佳技术产品，最后我们选择了分布式控制系统：艾默生的DeltaV数字式自动化系统和两套DeltaV SIS安全仪表系统（一套用于火气系统，另一套用于紧急停车系统）。”

艾默生在灌区的贸易交接计量点和罐区安装了计量撬，同时也完成了现场所有仪表的安装（球罐的雷达液位计除外）。

实施与结果

在罐区达到其设计产能即20,000 bpd后的24小时内执行部署和调试，最终实现了计划产量如期完成。                                                                                                

图3. LPG管道Cactus - Zapopan - Tula - EB-04站的接收端

据统计，类似罐区的灌装过程需要耗费一个半小时，而且测量误差值高达50kg。然而阿他托尼科市的罐区仅用了大约一半的时间就完成灌装，将误差值控制在1kg以内，10个加气岛每天可以灌装160辆油罐车，这意味着每天比类似罐区的灌装数量增加了40辆。专家指出，这对于作为墨西哥人口最为密集的该区域来说大有裨益。

图4. 泵站

在整个项目的安装、调试及之后各执行阶段，EPC、承包商及艾默生的协作非常顺利。

最终项目成功实施。在投用后的八天内，产能提高了220%，灌装产能增加值超过40,000 bpd。专家表示项目成功主要得益于该工厂设计的灵活性以及运行控制系统的稳健性，从而适应产量的显著变化。

该系统灵活性带来的另一个优势是油罐车的灌装时间得到了显著改善。由于集成了Pemex系统（SCADA和SAP），实现了储罐信息的轻松访问，提高了操作的透明度。

图5. 控制图

另一个重要结果是工艺使用的贸易交接计量点（EB-04站）和工厂计量撬将测量精度提高至0.05%。计量撬测量精度通过质量流量计实现，最终实现工厂质量完美的物料平衡。

存储区前后各安装一台色谱分析仪，用于接收、存储和输送—LPG设备接收和输出的质量管理。存储区后方的色谱分析仪每隔20分钟进行一次采样分析。

图6. 油罐车装料区

图7. 存储区

据数据和可靠统计显示，安装的控制系统能够将运行的可靠性提高至99%以上。

安全仪表系统

首先深入分析罐区的安全系统。 在该案例中，使用了艾默生的DeltaV SIS系统（火气系统和紧急停车系统），因为该系统被认为能够100%满足国际规范和功能安全标准即IEC 61508-3 和IEC 61511-1。

罐区的火气系统采用艾默生的DeltaV SIS系统，以分布式的方式保护现场。用户可以通过该系统检测异常区域并直接对其采取措施。该系统与现场的火气检测器连接，能够控制消防水压以及主水泵电机、消防泵和泄压泵的开关顺序，以及备用动力发电机点火继电器的开合。同时也将可视报警（灯）和声音及雨淋阀（消防水）集成在该系统中。相反地，紧急停车系统控制紧急切断阀（XV）的开关，从而将所涉及区域进行隔离，否则一旦发生意外事故就需要隔离整个罐区设备。同时系统也集成了压力变送器和探测器等主要传感元件，一旦检测到爆炸性混合物，紧急停车按钮将变成红色，从而触发系统控制器动作。

罐区自动化系统的另一个重要功能是它能够与液压系统相互作用，液压系统用于控制自动喷水灭火系统连接的快速关断阀门。当存储液体的温度超过40 °C ，或者存储液位超过上限，或者储罐附近区域出现泄漏时，这些阀门（被称为“维氏温度计”）立即动作。

该系统准确协调火气系统、紧急停车系统和过程控制系统的运行，与工厂所采取的安全措施协同工作。例如，在工厂和防雷系统的各个关键点安装监控器，这一举措帮助工厂创造了自2012年5月投产以来730天无安全事故的重要里程碑记录。

图8. 油罐车装载区

在安全系统规划阶段需要考虑的另一个关键点是油罐车的访问控制系统，该系统与过程控制系统相互协作。

部署该系统是为了实现罐区油罐车的进入、输出和分配的自动控制，它与过程控制系统和Pemex 天然气和石化系统 (SAP)集成到一起。后者确定每小时的装载计划。利用Pemex内部安全系统（称为“Sastra Annex I”），油罐车在进入罐区之前需要通过21个Lizan检测点。截至今日，部署艾默生的火气系统和紧急停车系统（分别为DeltaV 自动化系统和DeltaV SIS 系统）后，该工厂运行已经实现了100%控制，包括确保运行安全性和连续性的技术人员。

“该系统灵活、稳固、可靠，它可以确保工厂在最佳性能模式下运行，并且满足季节性的需求波动。”阿他托尼科市罐区的经理说。罐区工程师Moses Decto认为：“通过单个系统实现了现场的全面控制，确保我们能够监控所有的生产波动。”

下一步计划

基于安装艾默生系统为接收、存储和输送装置带来的优势，该项目的决策组正在分析纳入新罐区的可行性。该项目的下一阶段目标是Tuxpan罐区，通过新的Tuxpan管线实现其与现有罐区的连接。通过网络通讯，Tuxpan管线的SCADA 系统能够实现与现有罐区的通讯，包括泵站和控制系统的安全信息。（本文首次刊登在Petrotecnia 2013年12月版）

鸣谢

作者特别鸣谢Alfonso Viniegra Casillas对于本篇文章在撰写和校对过程中所提供的帮助。

关于作者：

Marcelo Carugoes，艾默生过程管理公司拉丁美洲炼油行业总监

Fernando Mirafuenteses，艾默生过程管理公司墨西哥区域方案与工程经理