焦化厂液体装车系统的安全升级改造实践

刘生华，林 涛，刘志刚，牛广水，赵忠强

（盛隆化工有限公司，山东 滕州 277519）

盛隆化工有限公司（简称盛隆公司）于2003 年成立，主要液体产品为10 万t/a 甲醇、1.75 万t/a 粗苯，产品外售方式为罐车汽运。其装车栈台建于2004年，现有6 个装车鹤位，包括5 个甲醇鹤位和1 个粗苯鹤位，均采用上装式鹤管灌装系统，作业过程中操作人员需站到罐车顶部工作，存在高处坠落的风险，同时在装车过程中伴有挥发性物料逸散，严重时还会发生物料溢罐等。为加强安全环保管理，控制作业过程中的安全风险，盛隆公司将上装式鹤管灌装系统改为下装式鹤管充装系统，同步实施下装式鹤管充装安全防护系统升级改造，消除了罐车内部憋压及液体外溢着火等安全隐患。现将改造过程介绍如下，可供同类企业借鉴与参考。

1 上装式鹤管系统的工作流程及缺点

1.1 上装式鹤管系统的工作流程

盛隆公司上装式鹤管系统的工作流程示意图见图1。物料经输送泵送至装车栈台，经定量装车控制器送至装车栈台上部，然后进入旋转接头连接的液体装卸臂，最后经上装式鹤管送入罐车。气味收集系统经装车鹤管密封帽连接气相软管，将收集到的气体送至气味处置系统。

图1 盛隆公司上装式鹤管系统的工作流程示意图

1.2 上装式鹤管系统存在的问题

上装式鹤管系统操作过程中在安全环保方面存在较多问题：（1）每次装车时，工作人员需站在罐车顶部（罐车高度一般为3.6 m）操作鹤管及开关罐车料口，过程复杂且不安全，存在高处坠落的安全风险。（2）上装式鹤管装车时，可燃液体由鹤管直接注入罐车，极性液体冲击罐车内部，相互摩擦时产生静电，容易造成车体内部静电荷积聚。（3）上装式鹤管密封口与罐车料孔之间的密封使用锥形帽，由于各罐车顶部料口外形尺寸不统一，造成锥形帽与罐车料口密封不严，装车时会有部分挥发性物料逸出，同时橡胶锥形帽容易老化破损。（4）上装式鹤管无快速切断阀，如汽车溜车或误操作时，鹤管在罐车内部容易损伤甚至被折断。（5）每次灌装后，上装式鹤管内存有满管物料，大大增加了鹤管的总体质量，工作人员在收回鹤管时比较费劲。

2 下装式鹤管系统改造

改造后的下装式鹤管系统连接示意图见图2。改造时首先将上装鹤管更换成下装鹤管，并更换、改造部分管道及配件，将装车方式由顶部装车改为底部装车；其次对原有气味收集处置系统进行改造，确保装车密闭操作；最后对下装式鹤管系统增加安全防护系统。

图2 改造后的下装式鹤管系统连接示意图

2.1 液相管道改造

改造液相管道时，将原上装式鹤管球阀后法兰处拆开，把球阀以上的上装鹤管部分从法兰处拆除，安装连接旋转接头、直角弯头、液体装卸臂、平衡气缸、油气复合软管、旋转接头、快速拉断阀、干式耦合器，原栈台上的控制仪表及平台下部批量控制系统位置不变。通过改造原有管路，完善与栈台配套的工艺及公用工程管道、设施等，保证下装式耦合阀中心距离地面550 mm～800 mm，使工作人员位于地面即可操作系统，同时通过合理调配车辆，利用非装车时段逐台实施技术改造。

2.2 气相管道改造

对气相管道进行如下改造：（1）将立柱2 固定在原装车栈台上，立柱2 底部与平台底部焊接，并用钢筋加固。（2）在装车栈台顶部原气味收集管道分支管道阻火阀后连接止回阀，再连接DN 50 管道至栈台2层平台、横向安装管道至立柱2 下部、向上敷设管道与液体装卸臂水平，管道中间与立柱2 连接在一起。（3）在管道上安装球阀，连接旋转接头、直角弯头、装卸臂、平衡气缸、油气复合软管、旋转接头、直角弯头、快速拉断阀、油气耦合器。（4）使用法兰把气相管路快速拉断阀与油气耦合器连接。

2.3 鹤管归位器安装

鹤管归位器（双位）安装时与鹤管垂管平行，距离平台外沿25 cm，防止车辆进出时触碰到干式耦合器操作杆。鹤管归位器整体采用碳钢材质，外表面做喷塑防腐处理，两个耦合阀阀口下部设有不锈钢接油槽，便于收集液相、气相管道工况异常时的液体。

3 下装式鹤管系统的部件及优缺点

3.1 下装式鹤管系统的部件

（1）旋转接头是鹤管最重要的组成部件，具有操作灵活、密封好、能适应恶劣的使用环境等优点。其主要密封件采用聚四氟乙烯材料，具有高耐磨性、自润滑性等特点，同时具有磨损自动补偿性，可使主密封具有较长的使用寿命。（2）液体装卸臂与连接管、转接管等相连，可在水平面上下回转、与复合软管联动实现精确对位，是鹤管的主要部件。（3）油气复合软管管壁由多层聚合物膜及合成纤维织物加强层构成，内外采用两层螺旋金属线缠绕，导静电设计，具有耐腐蚀、安全、轻便、易于搬运和安装简易等优点。（4）干式耦合器采用API 标准接口，TTMA 法兰连接，方便车辆及鹤管归位器连接，装拆安全方便且断开后无泄漏。（5）油气耦合器采用铝合金材质，重量轻，操作灵活，密封严密可靠。（6）快速拉断阀专为罐车底部充装而设计，用于连接复合软管和耦合阀，解决装车过程中由于罐车漂移造成的螺栓被拉断、阀门瞬间闭合等问题。（7）装车作业结束后，鹤管归位器与气、液相快速接头对接，防止接头随意摆动时遭破坏。（8）底装鹤管归位传感器可检测下装鹤管和油气回收装置是否停靠安全。

3.2 下装式鹤管系统的优点

（1）结构简单，操作灵活，易于维护。操作人员可以在地面上操作，避免了在槽车顶部跌落的风险，提高了工作效率。（2）液相接口为自锁式干式耦合器，平时与鹤管归位器连接，与罐车端可靠接通后方可打开，安全可靠。（3）气相接口为油气耦合器，平时与鹤管归位器连接，装车时经管道将油气输送至VOCs 回收装置，油气完全回收。（4）装车时，液体从罐车底部进入，避免液体冲击罐车车部产生静电。（5）其旋转接头遵循长寿命、零泄漏设计，主密封采用聚四氟乙烯加不锈钢弹性圈补偿结构，不但密封可靠，还有磨损补偿。接头轴承采用复式滚道，能承受苛刻的轴向、径向力矩负荷，承受力大、转动灵活。

3.3 下装式鹤管系统存在的问题

下装式鹤管虽然有很多优点，但无法实现装卸作业本质安全化水平。例如：在对罐车充装过程中，如果罐车底部的气相回收管线堵塞，而液体输送泵还在继续对罐车充装，就会造成罐车憋压、泄漏，甚至造成液体泄漏及着火。鉴于此，对下装式系统配套实施安全升级改造，即增加车辆接地联锁、罐车防溢流、可燃气体报警、车钥匙定位等安全防护系统。

4 安全防护系统的改造

针对下装式鹤管系统存在的问题进行安全防护系统的改造。在每个装车鹤位各增加1 套本质安全防护系统，主要由监控软件系统、信息上传软件系统、罐车钥匙管理系统、人体静电释放系统、车辆静电释放系统、罐车防溢流保护系统、油气回收管道流量监测系统及可燃气体报警系统、鹤管归位控制系统等组成。利用监控软件系统可实时监控现场设备的运行状态，采集报警信息，并将采集到的报警信息通过RS485 总线传送到中控室的监控管理机；利用信息上传软件将装车信息进行实时上传，实现装卸车全过程信息化监管要求。

4.1 改造安装过程

（1）人体静电释放系统

在原装车栈台2 层平台下方安装底装防溢流防静电控制器，正面距离平台外沿10 cm，便于车辆在入位装车过程中给工作人员保留足够的操作空间。在底装防溢流防静电控制器上部增加感应触摸球，人体手掌接触时安全释放静电，语音播报提示人体静电释放合格后进行下一步操作。

（2）罐车钥匙管理系统

在底装防溢流防静电控制器上部设计能够自动开关箱门的机构，待人体静电释放后，箱门开启，放入钥匙（该钥匙内置芯片，可读取电子钥匙信息，确保电子钥匙的唯一性），顺序操作（在此项内容未实施前不能进行下一步操作），装车结束后箱门自动开启，取出车钥匙。

（3）车辆静电释放系统

车辆静电释放系统由插头电缆组件和归位插座组成，插头采用API 标准接口，与安装在油罐车上符合API 标准的插座对接，另一端连接到底装防溢流防静电控制器，语音播报提示操作系统工作状态，装车完成后将插头放入防溢流防静电控制器侧面的归位插座，进入待机状态。

（4）罐车防溢流保护系统

在气相回流管道横臂上预制管箍，通过螺纹连接安装防溢流（液体）探测器，一旦气相回流管道内有物料积聚并触碰到探测器探头，防溢流防静电控制器会发出语音提示和声光报警信号，此时输出继电器关闭信号至定量装车控制器，切断物料输送。

（5）油气流量监测系统

在气相回流管道横臂上预制管箍，通过螺纹连接安装油气流量探测器，与防溢流探测器间隔20 cm，用来探测气相管道内气体回流状态。一旦出现气相管道堵塞或由于其他原因造成管道气流不畅，油气流量监测系统便输出继电器关闭信号至定量装车控制器，切断物料输送。

（6）可燃气体检测系统

将可燃气体报警器使用角铁固定在装车栈台底部的石座，如物料发生泄漏，当可燃性气体浓度达到可燃气体报警器设置的报警值时，报警器就会发出声光报警信号，提醒操作人员停止作业、强制通风、紧急疏散等，并输出继电器关闭信号至定量装车控制器，切断物料输送。

（7）鹤管归位控制器系统

鹤管归位控制器采用液相、气相双位鹤管停靠设计，与罐车液相、气相接口一样。通过归位传感器检测液相、气相鹤管是否停靠安全，语音提示操作人员工作状态，同时输出继电器开关信号至定量装车控制器。

4.2 信号集成系统设计

根据现场情况，将人体静电释放系统、罐车钥匙管理系统、车辆静电释放系统、油气流量监测系统、罐车防溢流保护系统、可燃气体检测系统、鹤管归位控制系统等信号集中输送至防溢流防静电控制器，防溢流防静电控制器只输出两路信号（静电、液位）至定量装车控制器，信号集成示意图见图3。这样既可以保证系统的安全运行，又可以减少现场改动。通过防溢流防静电控制器将安全防护系统的工作状态，以RS485 通讯的方式与上位机相连，实时远程监控显示、存取数据，实现了安全防护集成联锁。

图3 安全防护系统信号集成示意图

4.3 下装式鹤管充装系统操作步骤及流程

（1）罐车到达装车区后，罐车司机熄火并拔下车辆钥匙，同时在车轮前后放置防溜车三角锥，将电子钥匙与车钥匙连接，交给操作人员。（2）操作人员触摸感应触摸球释放人体静电，防溢流防静电控制器上部箱门自动开启。（3）操作人员将车钥匙放入防溢流防静电控制器上部箱门内后，箱门自动关闭。（4）操作人员将车辆静电释放插头电缆组件与罐车上的API 插座连接。（5）将气相、液相鹤管从鹤管归位控制器上分别取下，并与罐车液相、气相标准接口连接。（6）开始装车，油气流量监测系统和防溢流（液位）监测系统运行。（7）装车结束后，依次将液相、气相鹤管归位，将车辆静电释放插头电缆组件放至防溢流防静电控制器归位插座。（8）装车作业完毕，取出车钥匙，箱门自动关闭。

装车操作过程中，每步操作完成均有防溢流防静电控制器实时监控并记录状态，全程真人语音播报工作状态，当系统异常时，声光报警器输出声光报警信号。

5 改造后实施效果

盛隆化工有限公司下装式鹤管装车系统自2020年底投入运行至今，系统运行平稳，操作简单，安全可靠，降低了作业人员的劳动强度，提高了装车效率，为盛隆公司液体产品多产快销创造了条件，增强了现场生产的安全性、清洁性。改造后装车人员全程在地面操作，消除了安全隐患，减少了气味逸散，保护了操作人员的身体健康：（1）消除安全隐患。下装鹤管实现液体静态装车，避免流体与罐体冲击，可减少静电产生；同时安全防护系统解决了下装过程中气相管路堵塞、罐车憋压、液体外溢着火的安全隐患。（2）减少化工污染。下装式系统通过液相、气相快速接头在装车过程中实现密闭装车，减少油气挥发逸散，保护作业环境；密闭操作时不用打开顶盖，避免了雨雪和其他杂物的污染，降低了物料损耗。（3）方便操作。下装车系统使用干式耦合器与罐车对接，人员在平地上就可以完成操作，另外干式耦合器与复合软管整体质量较轻，一人次可以同时操作多辆罐车，提高了生产效率。（4）实现自动控制。下装式鹤管使防溢流防静电控制器与定量装车控制器成为整体，鹤管装车由单一控制模式改为集成控制，自动化程度进一步提高，安全性得到保障。