加油站油气回收检测系统研究与探讨

章振保，杨述斌，金 璐

（武汉工程大学 电气信息学院，湖北 武汉430205）

1 引言

随着经济的迅速发展，汽车保有量的急剧增加，油气挥发造成的能源损耗，环境污染问题也随之而来，这些问题不仅危害健康、污染环境、浪费能源、影响安全生活与生产，而且还降低了油品质量。国家于2007年开始先后颁布实施了国家标准GB20952—2007《加油站大气污染物排放标准》［1］和 HJ/T431—2008《储油库加油站大气污染治理项目验收检测技术规范》［2］，对加油站控制要求、油气排放限值和验收检测以及检测方法提出了有力技术指标。

只安装二次油气回收系统而不能保证其长期高效的运行，使得很多加油站的油气回收系统形同虚设，这样不仅浪费了大量的人力和财力，还很大程度上污染了我们赖以生存的家园。因此如何设计和完善治理工程，保证油气回收系统的高效运行，真正发挥节能减排，降低污染的效益值得深入研究［3～5］。本文提出了一种油气回收检测系统的设计思路和方案，通过在回收系统中串接此检测系统，通过系统内的压力、流量等传感器，测量计算出回收系统的密闭性、液阻以及气液比，来判定回收系统的性能和回收效果，以保证油气回收系统的高效、可靠的运行。

2 工作原理

油气回收系统工作原理及整体系统流程图如图1所示，在进行油气系统性能检测时务必在停止营业的情况下进行，在进行密闭性和液阻测量时应挂好加油枪。

在进行系统密闭性检测时，只需通过氮气入口向检测系统冲入500Pa左右的氮气，关闭相应电磁阀，系统维持5min，通过比较系统内5min的前后压力，依据国家规定的标准限制［1］来判断系统的密闭性是否合格；在进行液阻测量时，连接方式同密闭性检测，只需通过参数设置向系统中通入不同流量的氮气，利用压力传感器测出管线液阻并与标准限制进行比对，从而判定系统液阻合格与否；气液比检测，如图1所示，将加油枪接上加油枪配器，如图1连接，设置好参数后，启动系统，系统自动打开相应电磁阀，进行油气流量和体积的测量，计算出加油枪的气液比。以上测量结果都会直观地显示在界面上，并对不合格的指标进行报警提醒。

3 硬件电路设计

硬件电路框如图2所示，此系统主要包括3个模块：信号采集与处理模块、微控制器与显示输入模块、控制驱动模块。信号采集主要包括系统压力和气体流量信号，对于压力信号的采集预采用进口高精度电子式压力传感器（满量程范围为0～2.5kPa，精度为满量程的0.5%；满量程范围0～5kPa，精度为满量程的0.25%），有效的克服了原有指针式读数误差；在对回收油气体积测量时预选用德莱赛VRM8C175，是专门用于油气回收的ROOTS流量计，ROOTS运用体积测量原理，不受大气压和环境温度的影响，很适合油气回收测量，且减小了原有利用流量与体积乘积，测量结果十分准确，其示值误差为0.75%，重复性为0.09%；在采集信号处理上直接将信号经过调理电路，进入STM32自带的12位AD模数转换端口，减少了AD转换芯片，提高了系统的集成度和稳定性。

整个系统是以ARM Cotex－M3内核的STM32F107VC为核心设计开发，并利用3.2吋四线电阻式触摸屏进行输入、显示。此控制器AD端口可以直接读取脉冲信号或者电压信号（0～VDDA），解决了压力变送器和流量计的信号读取问题；3.2吋四线电阻式触摸液晶增加了仪器界面的可操作性和直观性，同时电阻式触摸屏克服了电容式在低温条件下灵敏度差等问题。

控制驱动模块利用电磁阀进行气路选择，以实现各个模块的独立运行，同时对不合格参数进行报警提醒；外部存储器实现了采样结果长效记录，客户可以根据需求对数据进行打印和U盘读取。

主要使用对象：加油站油气回收系统检测，加油站油气回收系统建成验收等。

图1 系统整体结构原理示意

主要接口电路：电磁阀控制口、打印机接口、显示接口、通讯接口、存储器扩展接口，报警电路接口。

4 系统防爆设计

根据加油站实际使用场合的危险性，按防爆等级ExibIIAT3进行设计，因此此检测仪内部不能产生电火花，不可含有高储能部件。为此采取以下措施。①整机采用一个外部电源（12V适配器）和8.4V镍氢/锂电充电电池组供电，电池组引出电缆的防错接插件与主板可靠相连，接插件具有防脱落卡紧结构。串联限能电阻后的电池组最大短路输出电流为3A，经过主板入口快速熔断保险丝后最大短路输出电流为300mA。电池组经过控制主板的电源控制集成电路调整，输出6V、5V、3.3V工作电压，作为整机工作电源电压。②控制主板元件均采用低压低功耗防爆性器件，整机最大工作电流小于50mA。③检测仪机箱需采用铝塑箱式外壳，箱盖带锁扣。铝塑箱外表面所覆铝箔及内部所有轻金属含镁量均需小于6%；外机箱及其附属结构均采用接地线接地，及时泄流。④检测仪面板操作按钮需采用防水、防静电结构，通过电路设计达到动作无火花产生，从而有效保证检测仪在危险场合的安全操作使用。

5 系统软件设计

图2 硬件电路框

油气回收检测系统主流程如图3所示，系统主要程序流程包括开机之后进行仪器自检（如有故障，显示故障信息，提醒检修），之后进入主界面，显示时间、大气压、温度等信息。操作人员可以根据需求进入相应的界面（检测界面、参数设置界面、仪器校准界面）。

软件实现仪器开机自检，节省了硬件电路和仪器成本，同时通过对故障模块的报警提醒，减小了仪器检修人员检修的工作量，节约了工作时间，同时也更好了体现了智能仪器的优势。

检测仪在参数设置界面和仪器校准维护界面都采取了密保措施，防止非检测人员误操作仪器，使得参数改变，影响检测仪检测的说服力和准确度。同时在维护界面中设置了恢复出厂设置功能，方便用户在误操作情况下误改动相关设置参数以最方便最快捷的方式恢复原有状态，高效快速的投入正常工作。

图3 系统整体程序

6 系统模拟仿真

以下为对检测系统进行密闭性、液阻、气液比模拟实验的结果。

6.1 密闭性模拟实验

密闭性模拟实验是基于正压/负压检测原理，将检测仪连接与一个密闭容器（10L），向其内部充入一定量的气体。

表1 密闭性模拟实验数据 Pa

此实验数据表明：此系统可以完成油气回收回收系统密闭性的检测，原理成立，且方案可行。

6.2 液阻模拟实验

液阻模拟实验是基压差孔检测原理，管内的积油就好比一个压差孔。将检测仪氮气出口连接在一根内壁光滑，内径50mm的软管上，分别在管内有积油和无积油两种情况下分别通入18L/min，28L/min，38L/min进行模拟实验。在管内无积油的情况下见表2，在管内有积油的情况下见表3。

表2 液阻模拟实验动态压力数据（管内无积油）Pa

表3 液阻模拟实验动态压力数据（管内有积油）Pa

由表2和表3可知，在有积油和无积油的情况下对气体的阻力有明显差别，依据以上原理表明此方案可以实现油气回收管线内阻力的测量，且灵敏度较高。

6.3 气液比模拟实验

气液比模拟实验是基于油气与加油量之比的原理，将向一个固定容积（10L）容器上面安装两个管路接口，一个入口接注水口（模拟汽油）模拟加油枪加油，另外一个接检测仪氮气入口，测量从容器中排除的气体体积，并计算模拟气液比，分别在高速和低速两种情况下进行模拟（表4和表5）。

表4 高速下气液比模拟回收油气实验数据

表5 低速下气液比模拟回收油气实验数据

由表4和5可知在低速与高速加油的情况下气液比会有微小差别，主要是因为高速与低速的情况下融入水中空气量不一样，这点也符合油气回收时低速与高速加油时油气挥发的量会有所不同，很好了模拟了加油站加油，据以上模拟实验数据可知气液比检测方案设计可行，且灵敏度较高。

7 结语

本文设计并从理论上初步实现了加油站油气回收检测系统的设计，并通过模拟实验进行论证。此系统是基于STM32和SPI压力传感器和流量计的检测系统，集成度高、性能稳定；有效的将原有的分离检测器集成为一体，减小了仪器体积，重量，提高了系统的便携性；系统在油气回收体积测量时采用煤气表，大大减小了原有有时间与流量的乘积带来的测量误差，提高了测量精度。并对不合格指标进行报警，保证了油气回收系统高效、可靠地运行。

［1］国家环境保护总局.GB 20952－2007加油站大气污染物排放标准［S］.北京：国家环境保护总局，2007.

［2］国家环境保护总局.HJ/T431—2008储油库加油站大气污染治理项目验收检测技术规范［S］.北京：国家环境保护总局，2008.

［3］宋生奎，齐永生.油气回收技术及其在加油站中的应用［J］.安全、健康和环境，2007（11）.

［4］崔淑红，李斌莲.加油站油气回收系统及其检测技术探讨［J］.石油化工安全环保技术，2009（6）.

［5］戴颂文.油气回收系统及其检测技术在加油站的应用［J］.石油库与加油站，2009（10）.