CN106681290B - 油库罐区智能分析控制处理回收预控安全连锁系统 - Google Patents

Abstract

给油库等挥发可燃气体行业提供分析、智能数据控制处理回收、远程传输人机数字连锁、实现了罐体内等气压循环去氧存储的科学快速除氧方法。给行业降低巨额投资成本节能环保安全运行。它具备一除氧：油气从A顶部经泵B抽向等离子除氧器C进入喷气床垫E由喷嘴F喷出把氧稀释带入A形成循环除氧。二分析：罐A顶盖的各点监测点经泵G抽入监控室H进行分析后回到等离子除氧器C。三回收：当气温升高油气压力升高K口经增压泵L抽回收设备M。四空气源：给泵B、L提供动力、监控室H提供吹扫气。五：智能数据处理控制传输：由分析设备的数据传输到智能数据处理控制中心，下达命令运行程序，把氧含量降至0.5%的安全限下智能数据处理控制并传输数据。

Description

油库罐区智能分析控制处理回收预控安全连锁系统

技术领域

本发明是危险行业的储存、监管、控制、处理、预防、传输的成套系统。主要运用在石油、油库、化工厂、炼化行业、加油站及储存易挥发可燃液体高危行业的仓库、罐体。

背景技术

目前世界大多数国家油库安全处理主要是，修建大型空分，把空气收集后进行分离，形成氧气和氮气，把氧气放入大气中。当油库罐区随当地气候变化，油库罐体内随温度升高油气不断挥发，一定时间内，罐体内部的油气浓度不断增大、与空气在罐体内达到爆炸限，一旦外部有火源（雷电、静电、人为因素、其它自然因素产生的火源）就会立即产生燃烧、导致罐区爆炸。通过监测罐区油气含量的分析设备检测油气浓度，超标时，立即启动空分，把大量的氮气注入罐体内，迅速把油气和原有的空气同时排出罐体外，减小油气与空气浓度的爆炸限，降低罐体内的氧气含量和油气含量。这个过程就能使油库罐区得到有效安全保障。 目前世界大多数国家油库安全处理主要是，修建大型空分，把空气收集后进行分离，形成氧气和氮气，把氧气放入大气中。通过向罐体内部注入大量氮气，减小油气与空气混合浓度的爆炸限，迅速把油气和原有的空气混合气体同时排出罐体外。这个过程就能使油库罐区得到有效安全保障。

这是有效防止油库罐区安全的有效方法，但是需要耗费大量的资金修建大型空分，在工作过程需要耗费大量的能源；建修一套3万立方米的空分装置大约需要2亿人民币，需要大面积的土地资源（需要1200平方米左右的土地）；工作时的耗电量1500度/小时，而且还需要大量的工作人员进行操作，也需要花费大量资金，每年定期进行检修、维护、更换材料（配件）也需要耗费大量人力、物力。

通过向罐体内部注入大量氮气，减小油气与空气混合浓度的爆炸限，迅速把油气和原有的空气混合气体同时排出罐体外。在除油气和空气混合浓度的爆炸限时需要带出大量的油气并排入到大气中，造成周边环境严重污染，同时带出大量原油资源，造成大量原油损失（经济损失）。

油库罐区智能分析控制处理回收预防安全连锁系统，可控制油库罐区随当地气候变化，油库罐体内随温度升高油气不断挥发，一定时间内，罐体内部的油气浓度不断增大、与空气在罐体内达到爆炸限，一旦有火源（雷电、静电、人为因素、其它自然因素产生的火源）就会立即产生燃烧、爆炸。通过该系统随时监测罐区油气含量及氧气浓度，爆炸限快接近氧浓度0.8%时，立即启动该设备，把大量的油气与氧气的混合气通抽气泵的开始带的进入等离子腔体，迅速把氧气除到低于0.1%，减小油气与氧浓度的爆炸限，形成一个内循环除氧模式实现罐体氧气含量小于爆炸限下差。这个过程就能使油库罐区得到安全保障！

油库罐区智能分析控制处理回收预防安全连锁系统，主要是快速除去油罐体内的氧含量。如果除氧后的油气不能均匀快速的把罐体内的氧气带入的等离子体内进行除氧，同样出现危险，给现场带来灾难。所以我们又利用喷气床垫，铺盖在油层上，通喷气床垫的指定油气交换口进行挥发，床垫上方的喷气嘴是均匀的布防，除氧后的油气通过有规律的的喷气嘴向嘴的四周形成○型吹扫，达到无死角效果，可快速的带出油层上方的氧气。喷气床垫同时也是隔离油气挥发的好方法。

油库罐区智能分析控制处理回收预防安全连锁系统，它可以实现远程智能监控（APP、其它通讯信号等）进行现场管理，实现远程智能控制现场实施方案。无需占用大量土地资源，节约巨额建设资金，巨额减小投资成本。它可做到油罐内等气压循环工作过程中无需大量工作人员操作简单、快捷、维护方便、可人性化智能（软硬件结合、数字与模拟的转换、人与设备的操作）管理；使油库罐区及周边的环境得到保护，该系统是空分设备耗电的0.1%到0.01%真正做到节能。油气回收实现油罐原油的挥发损失降低为0。采用了数字、高效、人性化安全管理模式，预防或阻止油库罐区安全事故的发生。

附图说明：

图1：摘要图

图2：除氧环节图

图3：分析过程图

图4：空气动力源图

图5：冷却回收图

发明内容

本发明解决了油库及危险液体及固体储藏世界难题。

它具备以下条件：

一除氧环节运行模式：油气从油罐（A）顶部法兰盘（1-1）→管道（2-1）→防爆止回器（3-1）→多通变径法兰一（4）→管道（2-2）→阻火器（5-1）→管道（2-3）→三通变径法兰（J-1）→管道(2-4)→气动增压泵（B）→管道（2-5）→阻火器（5-2）→管道（2-6）→等离子除氧器（C）→三通变径法兰(J-2)→管道(2-7)→阻火器(5-3)→管道（2-8)→防爆止回器（3-2）→管道（2-9）→顶部法兰盘（1-2）→自动伸缩管（D）→喷气床垫（E）→喷嘴（F）→（A）。

危险情况管道内部气体排放：等离子除氧器（C）→法兰三通（8）→阻火器(9)→管道(10)→排放口（11）;

气动增压泵的驱动路径：空气动力源(N)→管道(12-1)→阻火器（13-1）→管道(12-2) →监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→管道（12-3）→阻火器（13-2）→管道（12-4）→气动增压泵（B）;

钢瓶保护气（14）→多路切换器（15）→管道（16-1）→监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→管道（16-2）→阻火器（17）→管道（16-3）→等离子除氧器（c）;

二分析过程：

分析回路一：油罐:（A）的点监测点（18-1到18-8）法兰→防爆止回器（19-1到19-8）→管道（20-1到20-8）→阻火器（21-1到21-8）→管道（22-1到22-8）→气动三通切换阀（23-1到23-8）→管道（24-1到24-8）→多通变径法兰一（4）→除氧环节路径。

分析回路二：罐顶盖（A）的点监测点（18-1到18-8）法兰→防爆止回器（19-1到19-8）→管道（20-1到20-8）→阻火器（21-1到21-8）→管道（22-1到22-8）→气动三通切换阀（23-1到23-8）→管道（26-1到26-8）→多通变径法兰二（27）→管道（28-1）→气动增压泵（G）→管道（28-2）→监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→阻火器（29）→管道（30）→防爆止回器（I）→三通变径法兰(J-1)→除氧环节路径。

气动增压泵的驱动路径：空气动力源(N)→管道(12-1)→阻火器（13-1）→管道(12-2) →监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→管道（12-5）→阻火器（13-3）→管道（12-6）→气动增压泵（G）。

气动三通切换阀的驱动路径：空气动力源(N)→管道(12-1)→阻火器（13-1）→管道(12-2) →监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→管道（31-1到31-8）→气动三通切换阀（23-1到23-8）。

等离子除氧器（C）除氧后监测路径：等离子除氧器（C）→三通变径法兰（J-2）→管道(26-9)→阻火器→管道(26-10)→监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→阻火器（29）→管道（30）→防爆止回器（I）→三通变径法兰(J-1)→除氧环节路径。

三回收单元运行模式：回收单元运行模式：油气从油罐（A）→防爆止回器（K）→管道（33-1）→阻火器（34-1）→管道（35-1）→空气动力增压泵→（L）→回收设备(M)→气动抽油泵(O)→管道（33-2）→油罐（A）顶部进法兰盘→管道(36)→油层中下层;

气动增压泵(L)的驱动路径：空气动力源(N)→管道(12-1)→阻火器（13-1）→管道(12-2) →监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→管道(37-1)→空气动力增压泵（L）;

气动抽油泵(O)的驱动路径：空气动力源(N)→管道(12-1)→阻火器（13-1）→管道(12-2) →监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→管道(37-2)→空气动力增压泵（O）;

气动制冷压缩机驱动路径：空气动力源(N)→管道(12-1)→阻火器（13-1）→管道(12-2) →监控室(H)到分析设备（H1--Hn）→管道(38-1)→阻火器（39）→管道（38-2）→气动制冷压缩机（32）

四空气源的运行模式：

1.电源保险开关→空开→控制器→空压机→单项阀→连接着→空气储藏高压罐→安全阀→连接座→过滤除水器→管道→开关阀→管道；

2.输送路径 →监控室(H)

→ 仪器仪表

→防爆电磁阀

→气动三通阀

→气动开关阀

3.储藏高压罐→压力传感器→控制器→空压机

4.管路流程：机箱外壳（40）→电机曲轴（41）→连接杆(42) →活塞（43）→气缸（44）→吸气阀（45）→空气过滤器（49）→排气阀（46）→法兰一（47）→输气管（48）→法兰二（50）→储气罐（52）→法兰三（53）→压力表（54）→排污阀（51）。

五：智能数据处理控制传输单元：智能数据处理控制中心↔分析（H1--H8）的数据传→智能数据处理控制中心运行程序启动如下程序:

智能数据处理控制中心↔等离子单元的分析（Ho）防爆电磁阀

→ 除氧环节启动保护气防爆电磁阀

→启动等离子电源（O2＜0.8%）

→ 除氧环节启动抽气泵气防爆电磁阀

→关闭除氧环节保护气防爆电磁阀

←保护气压力传感器（输出流量、平压）

↔分析（H1--H8）O2＞0.8%

启动除氧环节抽气泵及 等离子电源

↔ 分析（H1--H8）O2＜0.1%

关闭除氧环节抽气泵及 等离子电源

←回收电源压力传感器信号

↔启动关闭空气增压泵、抽油泵 、制冷机、防爆电磁阀

↔远程控制、信号传输、提示、报警

把氧含量降至0.8%的安全限下智能数据处理控制并传输数据。提供安全分析、智能数据控制处理回收、远程传输控制人机数字连锁、实现了罐体内等气压循环去氧存储的科学的除氧方法。

实施方案

油库罐区智能分析控制处理回收预防安全连锁系统：由分析室、智能数据处理控制传输（上位机智能控制程序、下位机为各设备及探头监测点）形成智能数据处理控制中心、安全报警连锁单元；分析过程包含油气取样系统、防爆仪器仪表；空气动力源，油气回收系统、冷却系统、抽气泵、增压泵、喷气床垫、等离子除氧系统、备用气源、离合箱、连接头、排泄防爆箱、管道、法兰、阀门、防爆阻火器、光粒子模块、电缆、电源隔爆箱、安全栓全保护等离子高频电源、高频防爆线缆、安装支架等组成。所有供电系统采用安全栅进行保护，避免短路或其它工作过程用电负荷瞬间过大带来的危险。

油库罐区智能分析控制处理回收预防安全连锁系统是通过人机互动，可远程通过网络查看和控制油罐区的实时数据和现场实时分析图文曲线，指挥系统中各设备、仪器仪表工作的成套数字自动化的关键功能，同时它又能自动处理出现的故障，在特殊复杂无法判断的情况下，系统自动向有关部门及管理者发出求助，未处理的事件下发出报警。

智能数据处理控制控制管理中心该系统的智能数据处理控制中心是实时收集并处理所有数据、反馈事件的中枢，同时高速分析判断事件并自动做出果断处理方案、迅速传达对应级单元、工作环节的司令部向所需部门及管理者发出各种信号及工作命令。该中心持操作（修改参数、设置方式等）、编程、执行、模数转化、显示等命令、图文数据分析、仪器设备运行的诊断及控制，同时设置权限的区分：权限管理、非权限管理、数据库逻辑管理储存、查阅历程的功能等。

分该析过程是整个分析仪器的数据提供痕量者，通过每个点固定取样分析监控各路管道点到点的在线监测：烃类、氧含量的分析，把分析结果实时传送至上位机。

该系统的油气取样是给分析过程提供分析气体的多点位的供应者。受分析仪表仪器及上位机智能控制的命令（提供取样点、取样量及环境条件的实时数据）原则上是上位机命令优先。

安全报警连锁单元是监测等离子除氧环节、油罐内部含氧的重要监督单位。同时更是监督设备及探测数据的监督机构，具有报警、请求帮助的特权；更是监测等离子除氧系统两端分别进出口循环气体是否存在火星和出口氧浓度是否超标，当等离子除氧系统出口端氧浓度超标时，安全报警连锁系统会立即自动打开备用气体（氮气），这个过程保证了等离子除氧系统的正常运行；该系统同时控制并监控空气动力源的电源、产生的空气气压是否正常，如非正常情况，该系统迅速向上位机智能控制系发出求助信号，经判断后，决定系统是否还能正常工作，如不能正常工作，将切断空气动力源及等离子除氧系统的所有电源。

空气动力源是给整个系统提供气压动力的保障。受安全报警连锁系统的控制命令及反馈信号。（安装在危险区域外，无需防爆等级）

阻火器是阻止火焰一端窜入另一端，阻止易燃易爆气体或其它易燃物质被二次点燃。

抽气泵是给油气管道的气体输送增加压力，形成管压差，增大气体流速加快循环速度除氧。

离合箱：气体（油气）通过离合箱内标瞬间生产的压力值大于安全阀预设压力值时，安全阀自动打开阀门，自动瞬间泄压，当压力值恢复到安全阀预设压力值，安全阀自动关闭阀门。是等离子除氧系统的主要组成部分。

等离子除氧系统把油罐中的空气及油气混合气体带动循环由智能数据处理控制中心发出命令，及反馈信号进入工作模式，通过等离子除氧系统的在等离子的作用下在除氧器内部进行除氧：【xC_nH_n+x0₂→xCO₂+xH₂O】，除氧后再次吹入罐中的喷气气床内，经床垫喷气口平面均匀喷出，罐内氧浓度（100立方油气计算含氧量20%）可在15分钟内降至0.9%低于烃类总和的爆炸限，耗电大约2---10度。当罐体内油气氧含量小于0.9%等离子除氧系统及空气动力抽气泵动自动停止，当罐体油气氧浓度高于0.7%时启动该系统。

备用气（N2）是保护等离子除氧系统的除氧器启动时安全工作，同时在除氧过程中，提供等离子产生化学反应的保护气体，保证在启动除氧器在工作前1分钟，腔体的氧含量小于0.9%做到安全运行。

排泄防爆箱是将等离子除氧器在除氧运行过程中、上级排放的高压气体通过内部瞬间得到排泄、同时阻隔上级火源、在排泄过程中产生的高压通过排泄防爆箱内经隔爆阻火后，安全进入下级排放口（安全放空排泄管）。

安全放空排泄管：就是利用管道壁的材料、厚度、直径的大小、长度来确定管径的排量的大小。把上级（排泄防爆箱）可能在危险区域会产生火焰或可燃物质的气体在瞬间得到排出，排泄到安全区域内，避免造成二次危险事故的发生。

喷气床垫是漂浮在油层上方，喷气床垫中的气囊与气囊的连接膜叫隔膜，能有效隔离原油挥发，隔膜上开有多个O行口叫油气交换口。油气挥发是通过喷气床垫的油气交换口向油罐内无油空间排放，同时也是原油的泄流的交换口。喷气床垫的喷嘴均匀的分布在床垫气囊上方，能快速、均匀、无死角的吹扫油层上方的氧气。经无氧油气的吹扫后，与有氧气混合油气带出油罐内部。喷嘴是单向截止阀，只向外吹，杜绝向床垫气囊内部倒灌混合气体及原油，保证了气囊中的气体不受罐体内部混合气体及原油的干扰。

油气回收系统:因气候变化气温度升高，油气不断挥发气体不断聚集，由数据反馈给智能数据处理控制中心启动该设备。

当油罐内形成的过压混合油气到达设定的压力值时，上位机控制系统将开关阀自动打开并同时启动增压泵，通过管道抽向单阀、把油气送入冷凝管、进入增压罐中，油气不断进入、压力不断增加，当压力达到1.2MPa时，增压泵出气口自动换向另一增压罐；增压罐恒温在5℃范围内后、在一定时间内、当油气全部分离成回收油（液体油）和余气后，控制系统将自动打开余气放空阀、余气进入净化器进化后达到国家排放标准后排入大气，同时打开回收油阀门、回收油液进入储藏器中。增压罐体内气压降至到大气压后，直到无油通过关闭回收油阀门后自动关闭余气和回收油阀门；当分离后的油液、储藏到达一定量时，控制系统将自动关闭回收油阀门后启动抽油泵，把油液经管道抽入油罐原油的中下层，当增压罐体内储藏器中回收油降至到下线时阀门自动关闭、停止抽油泵工作。冷凝管是利用制冷过程中、制冷管通过时把冷凝管中的混合气中快速降温（冷凝管的长度及大小决定吸收热量的多少），加压、制冷的目的就是达到快速形成油液方法。

气动制冷单元是给油气回收系统增压罐提供制冷、恒温增压罐，受上位机智能控制系统的控制命令，并反馈制冷的实时数据。

就这个回收循环过程是实现了罐体内部气压与大气压基本保持同一大气压。

发明的关键点

1、该系统无需占用大量土地资源，为用户节约巨额建设资金，减小投资成本、节约能源、降低用工成本，完全做到防爆。系统设备耗电低，功率小。

2、该系统，是通过远程智能监控现场管理人机互动，实现远程智能控制实时数据和现场实时情况，自动处理出现问题的实施方案，特殊情况会自动求助，求助未及时处理，系统会自动报警并关闭系统运行。

3、智能控制中心逻辑图是实时进行远程控制、数据收集、图文处理、数据、计算、反馈事件的中枢，同时高速分析判断事件并自动做出处理方案、迅速执行命令。

4、利用空气动力推动油气运行，代替了电机的工作原理，设备全防爆功能，给行业提供安全保障。

5、油气传输管道保证油罐内形成内循环工作科学方式，隔绝与大气之间的干扰，同时保证油气不外泄，余气得到回收完全做到环保、节能。

6、等离子除氧环节是根据等离子对氧与油气瞬间反应的化学现象形成的物理现象，利用这个反应过程科学的除去油罐中的氧含量。

7、喷气床垫是通过喷嘴快速、均匀的吹扫油罐油层上方的氧气，使油罐油汽中的氧气浓度得到不断稀释，油气得到不断循环除氧。床垫隔膜起到降低原油挥发的的速度、交换口可控制油液的下沉、油气定位挥发，有利于喷嘴吹扫，喷嘴的喷气方式成花心形状，避免死角的产生。

8、油汽回收单元是通过增压、制冷、冷凝、恒温油气分离，余气净化达标后排放，油液抽回油管的物理液化现象，实现回收。

Claims (2)

1.油库罐区智能分析控制处理回收预控安全连锁系统，其特征在于，包括分析室、智能数据控制处理控制中心、安全报警连锁单元，分析过程为整个分析仪器的数据提供者，通过每个点固定取样分析监控各管道点到点的在线监测：烃类、氧含量的分析，把分析结果实时传送至上位机；所述智能数据控制处理控制中心包括上位机智能控制程序、下位机为各设备及探头监测点，是实时收集并处理所有数据、反馈事件的中枢，同时高速分析判断事件并自动做出果断处理方案、迅速传达对应级单元、工作环节的司令部，向所需部门及管理者发出各种信号及工作命令；所述安全报警连锁单元是监测等离子除氧环节、油罐内部含氧的重要监督单位，同时更是监督设备及探测数据的监督机构，具有报警、请求帮助的特权，更能检测等离子除氧系统两端分别进出口循环气体是否存在火星和出口氧浓度是否超标；

分析过程包括但不限于：油气取样系统、防爆仪器仪表、空气动力源、油气回收系统、冷却系统、等离子除氧系统；

等离子除氧系统：当罐体內油气氧含量小于0.1%等离子除氧系统自动停止，当罐体內油气氧含量高于0.8%时启动该系统；

该系统随时监测罐区油气含量及氧气浓度，爆炸限接近氧浓度0.8%时，立即启动设备，把大量的油气与氧气的混合气通抽气泵的开始带的进入等离子腔体，迅速把氧气除到低于0.1%，减小油气与氧浓度的爆炸限，形成一个内循环除氧模式实现罐体氧气含量小于爆炸限下差。

2.根据权利要求1所述的油库罐区智能分析控制处理回收预控安全连锁系统，其特征在于，油气回收系统：当油罐内形成的过压混合油气到达设定的压力值时，上位机控制系统将开关阀自动打开并同时启动增压泵，通过管道抽向单向阀、把油气送入冷凝管、进入增压罐中，油气不断进入、压力不断增加，当压力达到2MPa时，增压泵出气口自动换向另一增压罐；增压罐恒温在5℃范围内后、在一定时间内、当油气全部分离成回收油和余气后，控制系统将自动打开余气放空阀、余气进入净化器进化后达到国家排放标准后排入大气，同时打开回收油阀门、回收油液进入储藏器中。