一种码头船岸界面安全装置的制作方法

本发明属于油气回收与VOCs治理技术领域，特别涉及一种码头船岸界面安全装置。

背景技术：

油品在储运和装卸等环节中易挥发油气，污染大气环境、损害人民群众健康、浪费能源。鉴于此，我国逐步在加油站、储油库、石油炼化企业等开展了油气回收与VOCs治理行动。我国作为世界航运大国，拥有万吨级以上原油和成品油泊位约190座、原油和成品油年吞吐量约6.5亿吨，码头油品装卸作业每年向大气排放油气约6.5万吨，是油气和VOCs的重要排放源。但受制于国内油气和VOCs控制观念、码头自身特殊条件等原因，码头油气回收工作一直进展缓慢。

2015年交通运输部发布《原油成品码头油气回收行动方案》，我国码头油气回收进入快速发展阶段。码头油气回收是一项系统工程，一套完整的码头油气回收装置至少应包括油气回收气相臂（软管）、船岸对接安全模块（DSS）、油气输送管道系统、油气回收装置（VRU）和控制系统（DCS）。当船靠岸后，将油轮上油气回收的对外接口与码头气相臂（软管）相连，经船岸对接安全模块（DSS）后进入码头集气总管，最终将油气输送至油气回收装置（VRU）进行回收。

码头油气回收系统中，船岸连接系统（界面/交接系统）是连接船舶与油气回收处理装置、保证船舶和码头设施安全的关键系统。在实际建设和使用过程中，部分码头直接利用管路和法兰将船舶与油气收集装置连接，未设置必需的安全保障设施，从而使油气回收存在潜在安全风险。南沙建涛、广东东莞等地的已建油气回收装置就因为码头船岸界面不安全、不规范，造成装置停用或未验收。

码头油气回收的船岸界面系统是指在液货船装载或卸载作业时，从货舱收集油气或VOCs到码头油气回收装置的船舶与岸站的连接部分，其主要包括安装在岸站码头前沿的气相臂（软管）和船岸界面安全装置。

由于船岸界面系统涉及船舶与岸站两个方面，因此其涉及安全技术也必然要包括船舶与岸站两个方面，分别是：①油船上的船舱气体（压舱气体）安全和船舱油气收集管道及标准接头的安全技术；②码头前沿的输气臂（软管）和船岸界面安全装置的安全技术。其主要风险源也包括油船方面和码头方面。油船方面：船舱气体（压舱气体）含氧量超标、船舶火灾爆炸、船舶漂移、装油溢出进入输气管道、油气含水含渣等。码头方面：防爆燃能力差、静电传导、防雷电、阻断不彻底、断电不阻断、与输油不联动、防误操作性能差、缺少防火帽、排气管高度不够、与船上作业联络不畅等。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提出一种码头船岸界面安全装置，可广泛应用于油船和化学品船装载、卸载时油气回收的船岸交接，满足各种条件下的安全操作要求。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下的具体技术方案：

一种码头船岸界面安全装置，所述安全装置包括主管道、设置于所述主管道上的控制系统以及以下机构：

手动隔离阀，以法兰或焊接的形式安装在绝缘法兰后的管道上， 用于故障或紧急情况下手动切断油气输送；

压力变送器和现场压力表，依次安装在手动隔离阀后的管道上，用于指示油气输送压力；

采样阀，安装在现场压力表后的管道上，用于油气输送过程中的管道气体样品采集；

过滤器，安装在自动切断阀后的管道上，用于滤除油气中存在的机械杂质，过滤器前后设置压差监测点，安装差压变送器；

第一阻火器，安装在过滤器后的管道上，用于防止发生火灾或爆炸危险时，火焰的蔓延；

压力真空泄放系统，安装在第一阻火器后主管道的第一垂直支管上，第一垂直支管焊接在主管道上，第一垂直支管上设置手阀，第一垂直支管顶端安装压力真空阀，用于输送过程超压或低于规定真空度时的紧急放空或补气；

氧含量监测系统，包括氧含量分析仪和充惰/稀释系统，所述充惰/稀释系统安装在压力真空泄放系统后主管道第二垂直支管上，第二垂直支管焊接在主管道上，第二垂直支管上设置第一开关阀、气体流量计和快速接头；氧含量分析仪，安装在充惰/稀释系统后的主管道上，用于分析油气中的含氧量；

温度变送器和现场温度表，安装在氧含量分析仪后的主管道上，用于指示油气输送时的温度；

紧急放空系统，安装在现场温度表后主管道第三垂直支管上，第三垂直支管焊接在主管道上，第三垂直支管上设置第二开关阀、第二阻火器、防雨帽；

自动切断阀，安装在采样阀后的管道上；

液体泄放系统，安装在紧急放空系统后管道底部，系一带有手动阀门的第四垂直支管，用于将进入风机前凝结的液体排至液体密闭收集系统；

风机，安装在液体泄放系统的后的管道上，管道与风机入口相连接，用于给船舶内油气增压输送到油气回收装置；

止回阀，安装在风机出口管道上，用于防止油气自油气回收装置回蹿至油船；

所述控制系统，分别与压力变送器、差压变送器、气体流量计、氧含量分析仪、温度变送器、第一开关阀、第二开关阀、自动切断阀以及风机控制连接；

以上装置整体橇装载在一个钢制框架支座上，钢制框架支座设置有静电接地系统，将装置中可能产生的静电导入地下。

所述钢制框架支座上设置有管架支撑，用于支撑管道和相关设备、仪表的安装、铺设。

所述过滤器为篮式过滤器。

所述控制系统为PLC控制系统。

一种码头船岸界面油气传输方法，利用所述码头船岸界面安全装置，具体步骤如下：

一、安装：绝缘法兰与码头气相回收臂油气管线连接，油气经油气管线进入船岸界面安全装置，经过坡度不小于2‰的管道，依次经过手动隔离阀、自动切断阀、过滤器、第一阻火器、风机及止回阀进入气液分离器；

二、氧含量监测：氧含量分析仪自动检测油气中的氧含量，当管道内氧含量处于爆炸极限范围内时，控制系统控制自动切断阀关闭和风机停止，充惰/充稀释系统中的第一开关阀打开，开始对船舱内冲入惰性气体，氧含量分析仪数据与气体流量计联锁，用来计算需冲入的惰性气体量；

三、油气温度监测：温度变送器实时对主管道中油气温度进行检测，并将检测到的温度值传输给控制系统，控制系统内设有温度阈值，当检测到的温度值超过温度阈值时报警、并控制自动切断阀关闭，风机停止，紧急放空系统上的第二开关阀开启；

四、油气压力值监测：压力变送器实时对主管道中油气的压力进行检测，并将检测到的压力值传输给控制系统，控制系统内设有压力阈值，当检测到的压力值超过压力阈值时，控制系统向设备操作者发出超压或失压的声光报警，并控制自动切断阀关闭，风机停止，紧急放空系统上的第二开关阀开启；

五、压差监测：差压变送器实时对主管道内的压差进行检测，并将检测到的压差值信号传输给控制系统，控制系统内设定压差最高限值，当检测到的压差值达到最高限值时，控制自动切断阀关闭，风机停止，手动关闭手动隔离阀，对过滤器滤芯进行清理，保证过滤器正常工作。

本发明一种码头船岸界面安全装置的有益效果是：

在一个橇底盘上集成了集成了绝缘法兰、压力测量装置、采样口、油气切断系统、过滤器、阻火器、压力/真空泄放系统、充惰/稀释系统、温度变送器、放空系统、风机、接地系统、差压变送器等一系列装置，装置内的仪表信号及联锁关系集成在一个PLC控制系统内，形成模块化的船岸界面安全系统。

考虑到油气回收装置可能存在的故障，为保证装船作业的顺利有效进行，使油气有一个有效的排放口，也为了防止压力真空阀频繁起跳或达不到压力真空阀起跳条件时的人为放空，故设置紧急放空系统。

附图说明

图1为本发明码头船岸界面安全装置的结构示意图；

图2为本发明PLC控制系统；

其中，1-绝缘法兰、2-手动隔离阀、3-压力变送器、4-现场压力表、5-采样阀、6-过滤器、7-差压变送器、8-第一阻火器、9-手阀、10-压力真空阀、11-第一开关阀、12-气体流量计、13-气体快接头、14-氧含量分析仪、15-温度变送器、16-现场温度表、17-第二开关阀、18-第二阻火器、19-防雨帽、20-自动切断阀、21-泄放阀、22-风机、23-止回阀、24-管架、25-橇底盘、26-接地系统、27-PLC控制系统。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明一种码头船岸界面安全装置的技术方案作进一步详细说明。

本发明与油船连接的输气臂通过绝缘法兰与船岸界面安全装置连接，船岸界面安全装置整体布置如图-1所示，绝缘法兰1、手动隔离阀2、压力变送器3、现场压力表4、采样阀5、过滤器6、差压变送器7、第一阻火器8、手阀9、压力真空阀10、第一开关阀11、气体流量计12、气体快接头13、氧含量分析仪14、温度变送器15、现场温度表16、第二开关阀17、第二阻火器18、防雨帽19、自动切断阀20、泄放阀21、风机22、止回阀23、管架24、橇底盘25、接地系统26、PLC控制系统27。

运行中，绝缘法兰1与码头气相回收臂油气管线或油气回收专用金属软管连接，油气经油气管线/金属软管，进入船岸界面安全装置，经过坡度不小于2‰的管道，依次经过手动隔离阀2、自动切断阀20、过滤器6、第一阻火器8、风机22及止回阀23进入气液分离器。

手动隔离阀2与自动切断阀20用于码头或船舶发生火灾或爆炸险情时及时截断油气通路，防止组织灾害扩大。

在手动隔离阀2和自动切断阀20之间设置压力变送器3和现场压力表4，用以监测油气压力，防止作业过程中船舱内压力过高或过低。压力变送器3信号进PLC控制系统，PLC控制系统设置最高和最低压力限值，当油船舱内压力超出给定的压力范围（或低于预定的压力要求）时，压力信号触发PLC联锁，向设备操作者发出超压（失压）声光报警，并按联锁程序提供一个指定信号以有序关闭岸泵和要求的远程遥控操作的油气自动切断阀。

在手动隔离阀2和自动切断阀20之间设置采样阀5，用于油气组分的分析与检测。

自动切断阀20后依次设置过滤器6，用于滤除油气中可能存在的机械杂质，防止机械杂质进入阻火器，影响阻火器阻火性能。

过滤器6前后设置差压变送器7取压点，用于测量过滤器6前后气体压差。过滤器6前后设置压差监测点，安装差压变送器7，差压变送器7信号进PLC控制系统，可设定压差最高限值，当压差达到最高限值时，自动切断阀20自动关闭，风机22停止，手动关闭手动隔离阀2，对过滤器6滤芯进行清理，保证过滤器6正常工作。

第一阻火器8用于发生燃烧或爆炸时，阻断燃烧或爆炸的蔓延。

第一阻火器8后的管道上设置压力真空泄放系统，安装在第一阻火器后主管道的第一垂直支管上，第一垂直支管上安装常开手阀和压力真空阀，防止作业过程中船舱超压或低于真空要求。

压力真空泄放系统后的管道上设置充惰/稀释系统，安装在压力真空泄放系统后主管道第二垂直支管上，第二垂直支管焊接在主管道上，第二垂直支管上设置第一开关阀、气体流量计和快速接头，用于油气输送前，向船舱内补充惰性气体或稀释气体，保证油气浓度不在爆炸极限内。

充惰/充稀释气系统支管后的主管路上安装氧含量分析仪，氧含量分析仪自动检测油气中的氧含量，当氧含量处于爆炸极限范围内时，充惰/充稀释系统开关阀打开，开始对船舱进行充惰稀释，冲入的气体一般为氮气或惰性气体，氧含量分析仪数据与充惰/稀释系统流量计联锁，用来计算需冲入的惰性气体量。第一开关阀为自动开关阀，由PLC控制系统控制开或关。

氧含量分析仪后设置温度变送器和现场温度表，用来监测集输的油气温度。氧含量分析仪信号进入PLC控制系统，PLC控制系统设置氧气上限浓度值，当氧气浓度高于上限浓度值时，PLC发出指令，自动切断阀20自动关闭，风机22停止，充惰/稀释系统上的第一开关阀11打开，开始对船舱进行氮气或惰性气体灌装，稀释氧气浓度，当氧气浓度低于上限浓度值时，充惰/稀释系统第一开关阀11关闭。

所述温度变送器15和现场温度表16，安装在氧含量分析仪后的主管道上，用于指示油气输送时的温度；温度变送器15信号进入PLC控制系统，温度设一最大限值，超过最大限制时报警、启动相关联锁。

现场压力表后设置紧急放空系统，紧急放空系统设置在主管路上的支管路上，支管路上设置有第二开关阀和第二阻火器，排放管顶端有防雨帽。当触发紧急排放条件时，第二开关阀17打开，油气自紧急放空系统中的第二开关阀17排出装置。第二开关阀17为自动开关阀，由PLC控制系统控制开或关。

紧急放空系统后设置风机，风机前设置一液体泄放装置，系一带有泄放阀的第三垂直支管，用于将进入风机前凝结的液体排至液体密闭收集系统。

进一步的，风机出口设置止回阀，防止油气回蹿。

所述自动切断阀20，安装在采样阀5后的管道上，用于在紧急情况下自动切断油气输送。自动切断阀20为耐火型，能够手动操作，具有就地的可视阀工作位置状态指示或设计成很容易通过手柄或阀杆位置来判断阀的工作位置状态，在PLC控制系统发出阀关闭指示时后，阀应能在10s内关闭；如果失去控制信号，则阀自动关闭。

整个装置通过管架集成安装在钢制橇底盘上，钢制橇底盘上设置静电接地系统，将装置中可能产生的静电导入地下。

如图2所示，本发明中PLC控制系统集成系统内所有的远传信号、开关阀的开关状态以及逻辑联锁。

其中，压力传感器3、差压变送器7、充惰/稀释系统开关阀11、气体流量计12、氧含量分析仪14、温度变送器15、紧急放空系统开关阀17、自动切断阀20、风机22的各类信号均与PLC控制系统27相连。

本发明PLC控制系统的工作过程是：

1）氧含量分析仪14含氧量超标时，自动切断阀20自动关闭，风机22停止，充惰/稀释系统上的第一开关阀11打开，开始对船舱进行充惰、稀释；

2）温度变送器15指示温度超标时，自动切断阀20自动关闭，风机22停止，紧急放空系统上的第二开关阀17开启；

3）压力变送器3指示压力超标时，自动切断阀20自动关闭，风机22停止，紧急放空系统上的第二开关阀17开启；

4）开机时，依次打开自动切断阀20和风机22；

5）关机时，依次关闭风机22和自动切断阀20；

6）差压变送器7超压时，自动切断阀20关闭，风机22关闭，手动关闭手动隔离阀2，更换或清洗过滤器6滤芯；

7）接收到其他指定的信号时，自动切断阀20关闭，风机22关闭。