對于任何石油化工下游運(yùn)營公司來說，儲存罐區(qū)都是關(guān)鍵一環(huán)，但在過去，它們常被視為非戰(zhàn)略部分且不被重視。然而，一些引人注目的事故，如2005年發(fā)生在英國邦斯菲爾德的油庫火災(zāi)爆炸和最近一次在2012委內(nèi)瑞拉的艾姆威精煉廠事件，外加近期低迷的全球經(jīng)濟(jì)局勢，這些都已經(jīng)讓很多家公司對這些設(shè)施重新產(chǎn)生興趣，探索改善運(yùn)營的方法。

    本文結(jié)合實際生活案例，舉例說明罐區(qū)運(yùn)營商如何利用無線技術(shù)來解決在安全性、可靠性和環(huán)境保護(hù)，以及在運(yùn)營和維修等方面面臨的挑戰(zhàn)。

    傳統(tǒng)儲存罐區(qū)是儲存石油產(chǎn)品的簡易倉庫，因此，這些設(shè)施沒有得到像其它上游或下游設(shè)施那樣的戰(zhàn)略投資。事實上，在全球范圍內(nèi)仍有一些工廠不使用任何自動化設(shè)備。然而，近年來人們對罐區(qū)自動化產(chǎn)生了新的興趣。這些變化的產(chǎn)生主要由于以下幾個因素：

   如火災(zāi)和爆炸等不幸事件的發(fā)生，如英國邦斯菲爾德、齋浦爾、印度、巴亞蒙、波多黎各等地的事件，在儲存罐區(qū)開始執(zhí)行更嚴(yán)格的健康、安全和環(huán)保規(guī)定。

   對石油產(chǎn)品供應(yīng)和需求的改變使得主要參與者將儲存罐區(qū)作為戰(zhàn)略實體，并逐漸重視從每一滴和每立方英寸產(chǎn)品中獲取的價值。

   有充分的證據(jù)表明，隨著罐區(qū)效率的提高，業(yè)內(nèi)采用自動化技術(shù)的企業(yè)已獲得了顯著的投資回報。

   罐區(qū)業(yè)主/運(yùn)營商目前正投入大量資金進(jìn)行設(shè)備更新。他們運(yùn)用新技術(shù)，如雷達(dá)液位計和無線基礎(chǔ)設(shè)施，達(dá)到法規(guī)的要求并在將來驗證設(shè)備性能。

   當(dāng)前狀況

   多年來，罐區(qū)采取手動整體操作，包括從液位測量到將數(shù)據(jù)輸送給歷史記錄和其它應(yīng)用程序。手工作業(yè)容易受到人員操作錯誤和失誤的影響，可能會導(dǎo)致安全、質(zhì)量和生產(chǎn)力的問題。

   人工采集的另一個挑戰(zhàn)是對豐富技能和淵博知識的操作員有依賴性。隨著有經(jīng)驗的操作者達(dá)到退休年齡，該流程工業(yè)正在努力招收新的年輕工程師，所以所面臨的主要問題是尋找和招募擁有該工作所需技能的員工。

   因此，石油企業(yè)已經(jīng)開始意識到罐區(qū)操作對自動化的需求。特別是新的獨(dú)立參與者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，他們可以使用自動控制及其相關(guān)獲益來獲得競爭優(yōu)勢。

   然而，這種向現(xiàn)代化罐區(qū)的轉(zhuǎn)變不會止步于自動化儲罐計量，還有許多其它罐區(qū)設(shè)施正面臨挑戰(zhàn)。許多老化的基礎(chǔ)設(shè)施已不能適應(yīng)當(dāng)前的需要，尤其是那些超出新規(guī)范的情況。例如API2350第3類和溢出保護(hù)系統(tǒng)建議每個罐采用兩個獨(dú)立水平測量值。安裝兩個不同的液位計并不難做到，但將獲取的數(shù)據(jù)返回到控制室是一個挑戰(zhàn)；從布線的成本和挖掘的法規(guī)，到物理障礙，如地形，鐵路等。在現(xiàn)有設(shè)施下，運(yùn)營商也面臨著電纜的質(zhì)量問題，電纜可能生銹和損壞。

   將數(shù)據(jù)發(fā)送回控制室不僅受限于儲罐的液位。例如，手動操作油品移動時，挑戰(zhàn)將是協(xié)調(diào)不同產(chǎn)品的移動時間，更重要的是，需要避免錯誤，例如不正確的混合等。設(shè)施要在控制系統(tǒng)中監(jiān)視移動路徑中閥門的開度信息，并獲得額外的可燃?xì)怏w數(shù)據(jù)、振動數(shù)據(jù)，以及使用CCTV攝像機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控。除此之外，挑戰(zhàn)還包括CAPEX(capital expense: 資本性支出)和OPEX(operatingexpense: 收益性支出)的實施，減少的人力，當(dāng)然，還有合規(guī)性。

   無線儲罐計量

   在過去的幾年中，無線技術(shù)已成為能解決罐區(qū)運(yùn)營商面臨的多個挑戰(zhàn)的方法。無線雷達(dá)液位計可用于基本液位測量，甚至是滿溢報警。由公司的政策所引導(dǎo)，全球各地的情況各有不同。在美國，無線技術(shù)正用于滿溢報警，而歐洲運(yùn)營商目前較為保守。然而，無線技術(shù)在歐洲仍得到有效使用，將主要液位計的設(shè)施從有線轉(zhuǎn)換為無線，以及將原有的電纜用于溢出監(jiān)控的應(yīng)用。

   例如，美國一個煉油廠的罐區(qū)采用一系列來自多個供應(yīng)商的雷達(dá)液位計和罐區(qū)自動化系統(tǒng)。長達(dá)數(shù)十年的時間內(nèi)，大多數(shù)設(shè)備與布線基礎(chǔ)設(shè)施開始老化。老化的基礎(chǔ)設(shè)施是準(zhǔn)確庫存信息的獲取和控制室中高—高液位報警的主要挑戰(zhàn)。當(dāng)?shù)匾惨獫M足API2350中新的溢出保護(hù)法規(guī)。

   管理人員認(rèn)為設(shè)備需要更新，但僅提供有限的資本支出。因為無線設(shè)備不需要布置新的電纜基礎(chǔ)設(shè)施，并允許現(xiàn)場保持在預(yù)算范圍內(nèi)，技術(shù)團(tuán)隊決定對其進(jìn)行評估。

   成功試點后，現(xiàn)場布置采用霍尼韋爾OneWireless網(wǎng)絡(luò)的霍尼韋爾Enraf FlexLine雷達(dá)液位計。雷達(dá)液位計所測得的貿(mào)易交接級的液位數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)娇刂剖?。控制室中的DCS配有高—高水平的報警裝置。據(jù)報道在現(xiàn)場獲取了潛在溢出的初期跡象。兩個罐區(qū)面積超過10公里，僅電纜耗資數(shù)百萬美元。此外，現(xiàn)場打算使用無線基礎(chǔ)設(shè)施來支持未來的各種生產(chǎn)和可靠性應(yīng)用需求。

   另一個案例中，歐洲的管道罐區(qū)在儲罐上布線時，把電力電纜和通訊電線敷設(shè)在同一電纜溝槽內(nèi)。然而早期的規(guī)范允許值達(dá)65伏特，最新規(guī)范不允許電纜線上的交流電超過50伏特。因此，要求更換電纜。然而，只是鋪設(shè)新的電纜基礎(chǔ)設(shè)施將不僅花費(fèi)數(shù)百萬歐元，還將影響當(dāng)前的操作。為了解決這一問題，當(dāng)?shù)貨Q定采用無線技術(shù)。最近，無線雷達(dá)液位計試點成功，并將很快移植到當(dāng)前的自動化罐區(qū)系統(tǒng)。

   采用無線技術(shù)，新的裝置能實現(xiàn)低建設(shè)和運(yùn)行成本，去除電源電纜外的所有接線成本，和罐區(qū)布置設(shè)計的靈活性等若干優(yōu)勢。同時現(xiàn)存的裝置還具有提高實用性、效率和減小維修的優(yōu)勢，消除電纜腐蝕帶來的問題。在典型罐區(qū)上，這些效益加起來可以達(dá)到一年150萬～200萬美元。

   除了儲罐計量之外的更多應(yīng)用

   （1）提高運(yùn)作效率

   無線技術(shù)應(yīng)被視為推動力，而不僅僅是布線問題的解決辦法。隨著勞動力的減少，雇員的生產(chǎn)力變得十分重要。給雇員配備智能移動的應(yīng)用，如霍尼韋爾現(xiàn)場巡檢和Experion移動操作站，通過消除人工巡檢和潛在的人為錯誤，不僅能提高其生產(chǎn)力和效率，還提升操作者的可靠性?？偟膩碚f，好處是維修量減小，運(yùn)營支出減少、盈利可觀。

   （2）提高安全性

   雇員對于罐區(qū)的成功運(yùn)營有著重要作用，但是油庫的工作條件反映出很多性能和安全的挑戰(zhàn)。無線雷達(dá)液位計和遠(yuǎn)程診斷幾乎消除了物理上對攀爬儲罐的需要。同樣在無線授權(quán)和在線軟件升級的特點上，霍尼韋爾無線方案的使用者可以通過控制室的安全控制來進(jìn)行設(shè)備在線遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)。

   安全性規(guī)范要求在罐區(qū)配備一個便攜式氣體檢測儀，但是無線技術(shù)將該應(yīng)用需求的安全水平提高到新的水平。通過OneWireless無線主干網(wǎng)絡(luò)提供的wi-fi無線通訊連接，霍尼韋爾分析無線便攜氣體檢測儀能將實時的可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)發(fā)送回控制室。更進(jìn)一步的三維定位，支持系統(tǒng)提供處于危險中人員的位置信息，支持危險事故發(fā)生時的最快響應(yīng)?？傊?，確保員工更安全。

   同樣，電池供電的紅外線固定式無線氣體檢測儀表，可以安裝在每個儲罐的周圍，檢測碳?xì)浠衔餁怏w數(shù)據(jù)。借助OneWireless網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備發(fā)送連續(xù)的氣體濃度等級到控制系統(tǒng)，允許現(xiàn)場快速檢測氣體泄露。

   （3）提高可靠性

   油泵在每個罐區(qū)起重要作用，由于油泵故障造成的總體日運(yùn)營損失可達(dá)100,000美元。除此之外，油泵沒有信號采集功能，其性能狀況由人工監(jiān)測，使由設(shè)備故障造成的早期預(yù)警信號被錯過的風(fēng)險增加。對于旋轉(zhuǎn)設(shè)備性能的連續(xù)監(jiān)測，有許多解決方案可用，但面臨的主要挑戰(zhàn)是以符合成本效益的方式把數(shù)據(jù)傳回設(shè)備狀態(tài)檢測平臺上。無線技術(shù)克服了這一障礙，無需敷設(shè)電纜和接線，可以很方便地實現(xiàn)泵狀態(tài)數(shù)據(jù)無線采集。罐區(qū)運(yùn)營商現(xiàn)在正以更連續(xù)的方式使用無線振動傳送器監(jiān)控泵的狀態(tài)數(shù)據(jù)。

  這種應(yīng)用支持將被動維護(hù)轉(zhuǎn)換為預(yù)測和預(yù)防性維護(hù)，并因此減少罐區(qū)的非計劃停機(jī)和維護(hù)成本。

   選擇正確的解決辦法

   好的無線液位計系統(tǒng)必須是真正的一體化無線，這意味著無線雷達(dá)液位計應(yīng)該完整、統(tǒng)一、一體化的設(shè)計，包括無線通訊模塊。相反，如果都采用分散的獨(dú)立設(shè)備，如雷達(dá)液位計，集線器和沿著罐向上和向下的天線等解決方案不便維護(hù)和安裝，增加潛在故障點。

   好的無線設(shè)備應(yīng)該支持無線在線軟件升級和組態(tài)。大多數(shù)的ISA100無線設(shè)備都具備這種能力，調(diào)試和維護(hù)非常簡單。無線罐區(qū)自動化系統(tǒng)的核心是無線網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)需要在任何時候都保持可靠和可用，并需要支持多種應(yīng)用。于是，問題出現(xiàn)了，你需要兩個無線網(wǎng)絡(luò)，一個用于現(xiàn)場設(shè)備和一個用于wi-fi嗎？答案是否定的！以O(shè)neWireless網(wǎng)絡(luò)為例，能提供工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，同時支持ISA100無線儀表和wi-fi移動設(shè)備。用戶可選擇來自不同廠商的符合ISA100無線標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備，如霍尼韋爾的無線雷達(dá)液位計和XYR系列無線變送器，本特利內(nèi)華達(dá)的無線振動變送器，GasSecure的GS01烴類氣體探測器等。

   同樣的無線基礎(chǔ)架構(gòu)同時支持wi-fi移動設(shè)備，如霍尼韋爾的無線便攜式氣體檢測儀、移動工作站、移動攝像機(jī)和固定攝像機(jī)。

   在解決方案不斷發(fā)展的行業(yè)中，最成功的技術(shù)是新舊技術(shù)的融合。ISA100標(biāo)準(zhǔn)提供了通道的功能，允許供應(yīng)商通過ISA100網(wǎng)絡(luò)發(fā)送專有的或基于標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議。例如，本特利內(nèi)華達(dá)的wSIM振動變送器通過ISA100網(wǎng)絡(luò)發(fā)送其專有的振動特征到本特利內(nèi)華達(dá)的振動分析應(yīng)用程序。該功能支持設(shè)備能繼續(xù)使用現(xiàn)有應(yīng)用程序或協(xié)議運(yùn)作，而不需要在其他應(yīng)用程序和培訓(xùn)上再次投資。

   結(jié)論

  有極少數(shù)技術(shù)和投資回報能夠同無線技術(shù)方案相比較。無線技術(shù)提供經(jīng)濟(jì)適用和可靠的無線雷達(dá)液位計，最終得到更高的生產(chǎn)效率和效益，同時能幫助設(shè)備在CAPEX和OPEX的限制范圍內(nèi)滿足環(huán)保規(guī)定的要求。

  罐區(qū)運(yùn)營商很好地接受了無線液位計，現(xiàn)在正對無線基礎(chǔ)架構(gòu)進(jìn)行更智慧的投資。 

   摘自《自動化博覽》2013年8月刊