本發(fā)明是危險行業(yè)的儲存、監(jiān)管、控制、處理、預(yù)防、控制、傳輸?shù)某商紫到y(tǒng)。主要運用在石油、油庫、化工廠、煉化行業(yè)、加油站及儲存易揮發(fā)可燃液體高危行業(yè)的倉庫、罐體。
技術(shù)背景
目前世界大多數(shù)國家油庫安全處理主要是,修建大型空分,把空氣收集后進行分離,形成氧氣和氮氣,把氧氣放入大氣中。當(dāng)油庫罐區(qū)隨當(dāng)?shù)貧夂蜃兓?,油庫罐體內(nèi)隨溫度升高油氣不斷揮發(fā),一定時間內(nèi),罐體內(nèi)部的油氣濃度不斷增大、與空氣在罐體內(nèi)達(dá)到爆炸限,一旦外部有火源(雷電、靜電、人為因素、其它自然因素產(chǎn)生的火源)就會立即產(chǎn)生燃燒、導(dǎo)致罐區(qū)爆炸。通過監(jiān)測罐區(qū)油氣含量的分析設(shè)備檢測油氣濃度,超標(biāo)時,立即啟動空分,把大量的氮氣注入罐體內(nèi),迅速把油氣和原有的空氣同時排出罐體外,減小油氣與空氣濃度的爆炸限,降低罐體內(nèi)的氧氣含量和油氣含量。這個過程就能使油庫罐區(qū)得到有效安全保障。 目前世界大多數(shù)國家油庫安全處理主要是,修建大型空分,把空氣收集后進行分離,形成氧氣和氮氣,把氧氣放入大氣中。通過向罐體內(nèi)部注入大量氮氣,減小油氣與空氣混合濃度的爆炸限,迅速把油氣和原有的空氣混合氣體同時排出罐體外。這個過程就能使油庫罐區(qū)得到有效安全保障。
這是有效防止油庫罐區(qū)安全的有效方法,但是需要耗費大量的資金修建大型空分,在工作過程需要耗費大量的能源;建修一套3萬立方米的空分裝置大約需要2億人民幣,需要大面積的土地資源(需要1200平方米左右的土地);工作時的耗電量1500度/小時,而且還需要大量的工作人員進行操作,也需要花費大量資金,每年定期進行檢修、維護、更換材料(配件)也需要耗費大量人力、物力。
通過向罐體內(nèi)部注入大量氮氣,減小油氣與空氣混合濃度的爆炸限,迅速把油氣和原有的空氣混合氣體同時排出罐體外。在除油氣和空氣混合濃度的爆炸限時需要帶出大量的油氣并排入到大氣中,造成周邊環(huán)境嚴(yán)重污染,同時帶出大量原油資源,造成大量原油損失(經(jīng)濟損失)。
油庫罐區(qū)智能分析控制處理回收預(yù)防安全連鎖系統(tǒng),可控制油庫罐區(qū)隨當(dāng)?shù)貧夂蜃兓?,油庫罐體內(nèi)隨溫度升高油氣不斷揮發(fā),一定時間內(nèi),罐體內(nèi)部的油氣濃度不斷增大、與空氣在罐體內(nèi)達(dá)到爆炸限,一旦有火源(雷電、靜電、人為因素、其它自然因素產(chǎn)生的火源)就會立即產(chǎn)生燃燒、爆炸。通過該系統(tǒng)隨時監(jiān)測罐區(qū)油氣含量及氧氣濃度,爆炸限快接近氧濃度0.8%時,立即啟動該設(shè)備,把大量的油氣與氧氣的混合氣通抽氣泵的開始帶的進入等離子腔體,迅速把氧氣除到低于0.1%,減小油氣與氧濃度的爆炸限,形成一個內(nèi)循環(huán)除氧模式實現(xiàn)罐體氧氣含量小于爆炸限下差。這個過程就能使油庫罐區(qū)得到安全保障!
油庫罐區(qū)智能分析控制處理回收預(yù)防安全連鎖系統(tǒng),主要是快速除去油罐體內(nèi)的氧含量。如果除氧后的油氣不能均勻快速的把罐體內(nèi)的氧氣帶入的等離子體內(nèi)進行除氧,同樣出現(xiàn)危險,給現(xiàn)場帶來災(zāi)難。所以我們又利用噴氣床墊,鋪蓋在油層上,通噴氣床墊的指定油氣交換口進行揮發(fā),床墊上方的噴氣嘴是均勻的布防,除氧后的油氣通過有規(guī)律的的噴氣嘴向嘴的四周形成○型吹掃,達(dá)到無死角效果,可快速的帶出油層上方的氧氣。噴氣床墊同時也是隔離油氣揮發(fā)的好方法。
油庫罐區(qū)智能分析控制處理回收預(yù)防安全連鎖系統(tǒng),它可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控(APP、其它通訊信號等)進行現(xiàn)場管理,實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制現(xiàn)場實施方案。無需占用大量土地資源,節(jié)約巨額建設(shè)資金,巨額減小投資成本。它可做到油罐內(nèi)等氣壓循環(huán)工作過程中無需大量工作人員操作簡單、快捷、維護方便、可人性化智能(軟硬件結(jié)合、數(shù)字與模擬的轉(zhuǎn)換、人與設(shè)備的操作)管理;使油庫罐區(qū)及周邊的環(huán)境得到保護,該系統(tǒng)是空分設(shè)備耗電的0.1%到0.01%真正做到節(jié)能。油氣回收實現(xiàn)油罐原油的揮發(fā)損失降低為0。采用了數(shù)字、高效、人性化安全管理模式,預(yù)防或阻止油庫罐區(qū)安全事故的發(fā)生。
附圖說明:
圖1:摘要圖
圖2:除氧環(huán)節(jié)圖
圖3:分析過程圖
圖4:空氣動力源圖
圖5:冷卻回收圖
圖6:智能控制中心邏輯圖
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明解決了油庫及危險液體及固體儲藏世界難題。
它具備以下條件:
一除氧環(huán)節(jié)運行模式:油氣從油罐(A)頂部法蘭盤(1-1)→管道(2-1)→防爆止回器(3-1)→多通變徑法蘭一(4)→管道(2-2)→阻火器(5-1)→管道(2-3)→三通變徑法蘭(J-1)→管道(2-4)→氣動增壓泵(B)→管道(2-5)→阻火器(5-2)→管道(2-6)→等離子除氧器(C)→三通變徑法蘭(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)→頂部法蘭盤(1-2)→自動伸縮管(D)→噴氣床墊(E)→噴嘴(F)→(A)。
危險情況管道內(nèi)部氣體排放:等離子除氧器(C)→管道(10-1/10-2)→法蘭三通(8)→管道(10-3) →阻火器(9)→管道(10-4)→排放口(11);
氣動增壓泵的驅(qū)動路徑:空氣動力源(N)→管道(12-1)→阻火器(13-1)→管道(12-2) →監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→管道(12-3)→阻火器(13-2)→管道(12-4)→氣動增壓泵(B);
鋼瓶保護氣(14)→多路切換器(15)→管道(16-1)→監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→管道(16-2)→阻火器(17)→管道(16-3)→等離子除氧器(c);
二分析過程:
分析回路一:油罐:(A)的點監(jiān)測點(18-1到18-8)法蘭→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)→氣動三通切換閥(23-1到23-8)→管道(24-1到24-8)→多通變徑法蘭一(4)→除氧環(huán)節(jié)路徑。
分析回路二:罐頂蓋(A)的點監(jiān)測點(18-1到18-8)法蘭→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)→氣動三通切換閥(23-1到23-8)→管道(26-1到26-8)→多通變徑法蘭二(27)→管道(28-1)→氣動增壓泵(G)→管道(28-2)→監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→阻火器(29)→管道(30)→防爆止回器(I)→三通變徑法蘭(J-1)→除氧環(huán)節(jié)路徑。
氣動增壓泵的驅(qū)動路徑:空氣動力源(N)→管道(12-1)→阻火器(13-1)→管道(12-2) →監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→管道(12-5)→阻火器(13-3)→管道(12-6)→氣動增壓泵(G)。
氣動三通切換閥的驅(qū)動路徑:空氣動力源(N)→管道(12-1)→阻火器(13-1)→管道(12-2) →監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→管道(31-1到31-8)→氣動三通切換閥(23-1到23-8)。
等離子除氧器(C)除氧后監(jiān)測路徑:等離子除氧器(C)→三通變徑法蘭(J-2)→管道(26-9)→阻火器→管道(26-10)→監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→阻火器(29)→管道(30)→防爆止回器(I)→三通變徑法蘭(J-1)→除氧環(huán)節(jié)路徑。
三回收單元運行模式:回收單元運行模式:油氣從油罐(A)→防爆止回器(K)→管道(33-1)→阻火器(34-1)→管道(35-1)→空氣動力增壓泵→(L)→回收設(shè)備(M)→氣動抽油泵(O)→管道(33-2)→油罐(A)頂部進法蘭盤→管道(36)→油層中下層;
氣動增壓泵(L)的驅(qū)動路徑:空氣動力源(N)→管道(12-1)→阻火器(13-1)→管道(12-2) →監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→管道(37-1)→空氣動力增壓泵(L);
氣動抽油泵(O)的驅(qū)動路徑:空氣動力源(N)→管道(12-1)→阻火器(13-1)→管道(12-2) →監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→管道(37-2)→空氣動力增壓泵(O);
氣動制冷壓縮機驅(qū)動路徑:空氣動力源(N)→管道(12-1)→阻火器(13-1)→管道(12-2) →監(jiān)控室(H)到分析設(shè)備(H1--Hn)→管道(38-1)→阻火器(39)→管道(38-2)→氣動制冷壓縮機(32)
四空氣源的運行模式:
1.電源保險開關(guān)→空開→控制器→空壓機→單項閥→連接著→空氣儲藏高壓罐→安全閥→連接座→過濾除水器→管道→開關(guān)閥→管道;
2.輸送路徑 →監(jiān)控室(H)
→ 儀器儀表
→防爆電磁閥
→氣動三通閥
→氣動開關(guān)閥
3.儲藏高壓罐→壓力傳感器→控制器→空壓機
4.管路流程:機箱外殼(40)→電機曲軸(41)→連接桿(42) →活塞(43)→氣缸(44)→吸氣閥(45)→空氣過濾器(49)→排氣閥(46)→法蘭一(47)→輸氣管(48)→法蘭二(50)→儲氣罐(52)→法蘭三(53)→壓力表(54)→排污閥(51)。
五:智能數(shù)據(jù)處理控制傳輸單元:智能數(shù)據(jù)處理控制中心分析(H1--H8)的數(shù)據(jù)傳→智能數(shù)據(jù)處理控制中心運行程序啟動如下程序:
智能數(shù)據(jù)處理控制中心等離子單元的分析(Ho)防爆電磁閥
→ 除氧環(huán)節(jié)啟動保護氣防爆電磁閥
→啟動等離子電源(O2<0.8%)
→ 除氧環(huán)節(jié)啟動抽氣泵氣防爆電磁閥
→關(guān)閉除氧環(huán)節(jié)保護氣防爆電磁閥
←保護氣壓力傳感器(輸出流量、平壓)
?分析(H1--H8)O2>0.8%
啟動除氧環(huán)節(jié)抽氣泵及 等離子電源
?分析(H1--H8)O2<0.1%
關(guān)閉除氧環(huán)節(jié)抽氣泵及 等離子電源
←回收電源壓力傳感器信號
?啟動關(guān)閉空氣增壓泵、抽油泵 、制冷機、防爆電磁閥
?遠(yuǎn)程控制、信號傳輸、提示、報警
把氧含量降至0.8%的安全限下智能數(shù)據(jù)處理控制并傳輸數(shù)據(jù)。提供安全分析、智能數(shù)據(jù)控制處理回收、遠(yuǎn)程傳輸控制人機數(shù)字連鎖、實現(xiàn)了罐體內(nèi)等氣壓循環(huán)去氧存儲的科學(xué)的除氧方法。
實施方案
油庫罐區(qū)智能分析控制處理回收預(yù)控安全連鎖系統(tǒng):由分析室、智能數(shù)據(jù)處理控制傳輸(上位機智能控制程序、下位機為各設(shè)備及探頭監(jiān)測點)形成智能數(shù)據(jù)處理控制中心、安全報警連鎖單元;分析過程包含油氣取樣系統(tǒng)、防爆儀器儀表;空氣動力源,油氣回收系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、抽氣泵、增壓泵、噴氣床墊、等離子除氧系統(tǒng)、備用氣源、離合箱、連接頭、排泄防爆箱、管道、法蘭、閥門、防爆阻火器、光粒子模塊、電纜、電源隔爆箱、安全栓全保護等離子高頻電源、高頻防爆線纜、安裝支架等組成。所有供電系統(tǒng)采用安全柵進行保護,避免短路或其它工作過程用電負(fù)荷瞬間過大帶來的危險。
油庫罐區(qū)智能分析控制處理回收預(yù)控安全連鎖系統(tǒng)是通過人機互動,可遠(yuǎn)程通過網(wǎng)絡(luò)查看和控制油罐區(qū)的實時數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實時分析圖文曲線,指揮系統(tǒng)中各設(shè)備、儀器儀表工作的成套數(shù)字自動化的關(guān)鍵功能,同時它又能自動處理出現(xiàn)的故障,在特殊復(fù)雜無法判斷的情況下,系統(tǒng)自動向有關(guān)部門及管理者發(fā)出求助,未處理的事件下發(fā)出報警。
智能數(shù)據(jù)處理控制控制管理中心該系統(tǒng)的智能數(shù)據(jù)處理控制中心是實時收集并處理所有數(shù)據(jù)、反饋事件的中樞,同時高速分析判斷事件并自動做出果斷處理方案、迅速傳達(dá)對應(yīng)級單元、工作環(huán)節(jié)的司令部向所需部門及管理者發(fā)出各種信號及工作命令。該中心持操作(修改參數(shù)、設(shè)置方式等)、編程、執(zhí)行、模數(shù)轉(zhuǎn)化、顯示等命令、圖文數(shù)據(jù)分析、儀器設(shè)備運行的診斷及控制,同時設(shè)置權(quán)限的區(qū)分:權(quán)限管理、非權(quán)限管理、數(shù)據(jù)庫邏輯管理儲存、查閱歷程的功能等。
分該析過程是整個分析儀器的數(shù)據(jù)提供痕量者,通過每個點固定取樣分析監(jiān)控各路管道點到點的在線監(jiān)測:烴類、氧含量的分析,把分析結(jié)果實時傳送至上位機。
該系統(tǒng)的油氣取樣是給分析過程提供分析氣體的多點位的供應(yīng)者。受分析儀表儀器及上位機智能控制的命令(提供取樣點、取樣量及環(huán)境條件的實時數(shù)據(jù))原則上是上位機命令優(yōu)先。
安全報警連鎖單元是監(jiān)測等離子除氧環(huán)節(jié)、油罐內(nèi)部含氧的重要監(jiān)督單位。同時更是監(jiān)督設(shè)備及探測數(shù)據(jù)的監(jiān)督機構(gòu),具有報警、請求幫助的特權(quán);更是監(jiān)測等離子除氧系統(tǒng)兩端分別進出口循環(huán)氣體是否存在火星和出口氧濃度是否超標(biāo),當(dāng)?shù)入x子除氧系統(tǒng)出口端氧濃度超標(biāo)時,安全報警連鎖系統(tǒng)會立即自動打開備用氣體(氮氣),這個過程保證了等離子除氧系統(tǒng)的正常運行;該系統(tǒng)同時控制并監(jiān)控空氣動力源的電源、產(chǎn)生的空氣氣壓是否正常,如非正常情況,該系統(tǒng)迅速向上位機智能控制系發(fā)出求助信號,經(jīng)判斷后,決定系統(tǒng)是否還能正常工作,如不能正常工作,將切斷空氣動力源及等離子除氧系統(tǒng)的所有電源。
空氣動力源是給整個系統(tǒng)提供氣壓動力的保障。受安全報警連鎖系統(tǒng)的控制命令及反饋信號,(安裝在危險區(qū)域外,無需防爆等級)阻火器是阻止火焰一端竄入另一端,阻止易燃易爆氣體或其它易燃物質(zhì)被二次點燃。
抽氣泵是給油氣管道的氣體輸送增加壓力,形成管壓差,增大氣體流速加快循環(huán)速度除氧。
離合箱:氣體(油氣)通過離合箱內(nèi)標(biāo)瞬間生產(chǎn)的壓力值大于安全閥預(yù)設(shè)壓力值時,安全閥自動打開閥門,自動瞬間泄壓,當(dāng)壓力值恢復(fù)到安全閥預(yù)設(shè)壓力值,安全閥自動關(guān)閉閥門。是等離子除氧系統(tǒng)的主要組成部分。
等離子除氧系統(tǒng)把油罐中的空氣及油氣混合氣體帶動循環(huán)由智能數(shù)據(jù)處理控制中心發(fā)出命令,及反饋信號進入工作模式,通過等離子除氧系統(tǒng)的在等離子的作用下在除氧器內(nèi)部進行除氧:【xCnHn+x02→xCO2+xH2O】,除氧后再次吹入罐中的噴氣氣床內(nèi),經(jīng)床墊噴氣口平面均勻噴出,罐內(nèi)氧濃度(100立方油氣計算含氧量20%)可在15分鐘內(nèi)降至0.9%低于烴類總和的爆炸限,耗電大約2---10度。當(dāng)罐體內(nèi)油氣氧含量小于0.1%等離子除氧系統(tǒng)及空氣動力抽氣泵動自動停止,當(dāng)罐體油氣氧濃度高于0.8%時啟動該系統(tǒng)。
備用氣(N2)是保護等離子除氧系統(tǒng)的除氧器啟動時安全工作,同時在除氧過程中,提供等離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的保護氣體,保證在啟動除氧器在工作前1分鐘,腔體的氧含量小于0.9%做到安全運行。
排泄防爆箱是將等離子除氧器在除氧運行過程中、上級排放的高壓氣體通過內(nèi)部瞬間得到排泄、同時阻隔上級火源、在排泄過程中產(chǎn)生的高壓通過排泄防爆箱內(nèi)經(jīng)隔爆阻火后,安全進入下級排放口(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、直徑的大小、長度來確定管徑的排量的大小。把上級(排泄防爆箱)可能在危險區(qū)域會產(chǎn)生火焰或可燃物質(zhì)的氣體在瞬間得到排出,排泄到安全區(qū)域內(nèi),避免造成二次危險事故的發(fā)生。
噴氣床墊是漂浮在油層上方,噴氣床墊中的氣囊與氣囊的連接膜叫隔膜,能有效隔離原油揮發(fā),隔膜上開有多個O行口叫油氣交換口。油氣揮發(fā)是通過噴氣床墊的油氣交換口向油罐內(nèi)無油空間排放,同時也是原油的泄流的交換口。噴氣床墊的噴嘴均勻的分布在床墊氣囊上方,能快速、均勻、無死角的吹掃油層上方的氧氣。經(jīng)無氧油氣的吹掃后,與有氧氣混合油氣帶出油罐內(nèi)部。噴嘴是單向截止閥,只向外吹,杜絕向床墊氣囊內(nèi)部倒灌混合氣體及原油,保證了氣囊中的氣體不受罐體內(nèi)部混合氣體及原油的干擾。
油氣回收系統(tǒng):因氣候變化氣溫度升高,油氣不斷揮發(fā)氣體不斷聚集,由數(shù)據(jù)反饋給智能數(shù)據(jù)處理控制中心啟動該設(shè)備。
當(dāng)油罐內(nèi)形成的過壓混合油氣到達(dá)設(shè)定的壓力值時,上位機控制系統(tǒng)將開關(guān)閥自動打開并同時啟動增壓泵,通過管道抽向單向閥、把油氣送入冷凝管、進入增壓罐中,油氣不斷進入、壓力不斷增加,當(dāng)壓力達(dá)到2MPa時,增壓泵出氣口自動換向另一增壓罐;增壓罐恒溫在5℃范圍內(nèi)后、在一定時間內(nèi)、當(dāng)油氣全部分離成回收油(液體油)和余氣后,控制系統(tǒng)將自動打開余氣放空閥、余氣進入凈化器進化后達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排入大氣,同時打開回收油閥門、回收油液進入儲藏器中。增壓罐體內(nèi)氣壓降至到大氣壓后,直到無油通過關(guān)閉回收油閥門后自動關(guān)閉余氣和回收油閥門;當(dāng)分離后的油液、儲藏到達(dá)一定量時,控制系統(tǒng)將自動關(guān)閉回收油閥門后啟動抽油泵,把油液經(jīng)管道抽入油罐原油的中下層,當(dāng)增壓罐體內(nèi)儲藏器中回收油降至到下線時閥門自動關(guān)閉、停止抽油泵工作。冷凝管是利用制冷過程中、制冷管通過時把冷凝管中的混合氣中快速降溫(冷凝管的長度及大小決定吸收熱量的多少),加壓、制冷的目的就是達(dá)到快速形成油液方法。
氣動制冷單元是給油氣回收系統(tǒng)增壓罐提供制冷、恒溫增壓罐,受上位機智能控制系統(tǒng)的控制命令,并反饋制冷的實時數(shù)據(jù)。
就這個回收循環(huán)過程是實現(xiàn)了罐體內(nèi)部氣壓與大氣壓基本保持同一大氣壓。
發(fā)明的關(guān)鍵點
1、該系統(tǒng)無需占用大量土地資源、節(jié)約建筑用地,為用戶節(jié)約巨額建設(shè)資金,減小投資成本、節(jié)約能源、降低用工成本,完全做到防爆。系統(tǒng)設(shè)備耗電低,功率小。
2、該系統(tǒng),是通過遠(yuǎn)程智能監(jiān)控現(xiàn)場管理人機互動,實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制實時數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實時情況,自動處理出現(xiàn)問題的實施方案,特殊情況會自動求助,求助未及時處理,系統(tǒng)會自動報警并關(guān)閉系統(tǒng)運行。
3、智能控制中心是實時進行遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)收集、圖文處理、數(shù)據(jù)、計算、反饋事件的中樞,同時高速分析判斷事件并自動做出處理方案、迅速執(zhí)行命令。
4、利用空氣動力推動油氣運行,代替了電機的工作原理,設(shè)備全防爆功能,給行業(yè)提供安全保障。
5、油氣傳輸管道保證油罐內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)工作科學(xué)方式,隔絕與大氣之間的干擾,同時保證油氣不外泄,余氣得到回收完全做到環(huán)保、節(jié)能。
6、等離子除氧環(huán)節(jié)是根據(jù)等離子對氧與油氣瞬間反應(yīng)的化學(xué)現(xiàn)象形成的物理現(xiàn)象,利用這個反應(yīng)過程科學(xué)的除去油罐中的氧含量。
7、噴氣床墊是通過噴嘴快速、均勻的吹掃油罐油層上方的氧氣,使油罐油汽中的氧氣濃度得到不斷稀釋,油氣得到不斷循環(huán)除氧。床墊隔膜起到降低原油揮發(fā)的速度、交換口可控制油液的下沉、油氣定位揮發(fā),有利于噴嘴吹掃,噴嘴的噴氣方式成花心形狀,避免死角的產(chǎn)生。
8、油汽回收單元是通過增壓、制冷、冷凝、恒溫油氣分離,余氣凈化達(dá)標(biāo)后排放,油液抽回油管的物理液化現(xiàn)象,實現(xiàn)回收。