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          加油站油气回收在线监测智能系统应用现状及建议分析

          来源: 重庆化工职业学院 作者:陈秀玲 发布日期:2020-11-30 16:28:30
          本文来源:
          基金项目重庆市长寿区科委项目编号CS2020041
          作者简介:陈秀玲(1975-),女,硕士,教授,研究方向:大数据和人工智能
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          摘 要:加油站油气回收在线监测智能系统应用研究,分析国内外研究现状,采用先进的人工智能和现代信息化技术,探寻需要研究的内容和方向,通过分析加油站油气回收系统的工作原理、系统平台的搭建、采用的协议,以及亟待解决的棘手问题,从而确定油气回收在线监测智能系统采用的对策和方法,从而更好的为环保部门实现油气污染的高效、全程、在线监管提供技术支撑。

           
          1 概述
          随着人民生活水平的提高,汽车成了家家必备的交通出行工具,有的家庭有两部汽车甚至更多。截至 2019 年 6月,公安部交管局发布称:我国机动车保有量达 3.4 亿辆,汽车 2.5 亿辆。有车辆,就离不开加油站,全国加油站的数量超过 10 万座,那么加油站在油品、储存、销售等各环节不可避免的存在油气挥发、泄露、安全等问题。不仅污染环境,而且石油属于不可再生资源,同时降低安全隐患,那么加油站的油气回收问题就更是需要我们科学的利用当前技术在线实时检测。
           
          油气回收,是指汽油储运、销售过程中所产生的油气通过一定装置进行回收,将油罐车卸油、储油罐储油、加油机加油过程中挥发的油气收集到地下储油罐内,因此,开展油气回收及长效监管是削减甲烷等有害气体的排放量,进一步改善环境空气质量的一种有效措施。油气回收自动监测系统,是指在油气回收系统的基础上,对油气回收运行参数进行在线监测的一系列设备的组合。
           
          加油站油气回收在线智能监测系统,该系统基于三次油气回收的策略方法,借助智能终端设备方便监管和检测,使用原有流量计原理的技术依据,确保可以在读取加油机原有内部数据为前提,尽可能的节约大面积改造造成的施工或者铺设线缆等费用,利用智能化和现代信息化技术为手段,使用温控式和压力式相结合的方式实现自动开启和关闭油气回收系统。 2 国内外研究现状及分析Edward A. Payne,Greensboro 提出了加油站油气回收系统需要完善的问题,并且研发出一种由压力传感器和数字处理器等设备共同组成的油气回收系统,数字处理器可以接收压力传感器检测的压力数值,与标准的压力数值进行比较,从而可以实现评价油气回收系统的性能。该监测装置对加油站油气回收系统实现了自动化监测效果,提高了工作人员的工作效率,大大降低了人工检测等危险系数。但该装置存在不能确定加油站油气回收系统漏油点的位置,也不能存储相关数据等缺陷。
           
          Castronovo,Cynthia L 等人发明出一种适用于加油站油气回收系统性能的在线监控设备,对储油罐内的压力、温度等参数进行改进、完善,实现可以在线监测加油站油气回收系统的多个参数,可以通过终端实时监测油气回收系统中的加油机的气液比、油罐压力、卸油区的油气浓度,实时判断加油站油气回收系统回气量、油罐密闭性等多个参数的性能、分析、评价,从而实现实时监测、预警等。
           
          佛山市南海区环境保护监测站,为探究油气回收在线监测系统准确性、适配性和稳定性,2016 年开展了油气回收在线监测系统试点研究。试点结果显示,油气回收在线监测系统数据精准、性能稳定、适应各类油气回收设备,是强化油气回收监管的有效手段。
           
          国内学者石力针对北京市油库加油站油气回收进行分析与经济性评价的现状,参考加油站大气污染物排放标准[GB1629-1996]中对北京市油库油气回收系统中储油罐的改造、油气回收装置建设、装油方式改进以及油库油气回收案例分析等方面,对加油站油气回收在线监测系统中一级、二级、三级油气回收系统进行分析对比,探索出当前油气回收系统试点使用技术的合理性和经济性。
           
          国内浙江科技学院学者张红星等人也研发了基于红外视频的加油枪油气泄露检测,包括系统压力变送器、加油机采集单元、数据接收单元和数据处理单元四部分。其中,压力变送器的作用是检测油气回收系统是否具有良好的密闭性;加油机采集单元用来采集加油机工作时的数据参数,并传输给接收单元;数据接收单元的作用是首先接收数据,然后传输给数据处理单元,非常终进行数据的处理。 
           
          3 需要研究内容
          3.1 油气回收系统原理
          油气回收研究的系统向下直接面向实际的加油站,并且需要与加油站的各种设备融合为一体,所以必须要了解加油车运输、汽油存储和加油设备的运行过程。掌握具体的检测装置的工作模式,包括测量原理、精度以及传输协议等,油气回收系统示意图如图 1 所示。
           
          3.2 系统框架
          油气回收监测智能系统,借助人工智能技术,结合语音识别控制,图像识别油气浓度提醒等技术。加油站油气回收在线监测智能系统框架如图 2 所示。
           
          3.3 嵌入式平台的搭建
          整个系统的物质载体是工业级的嵌入式平台,以德州仪器 AM335X 主芯片的嵌入式开发板为平台,具体实现信息的多方式收集、智能化处理和标准可靠上报。系统需要做到将监测数据一方面传递给系统终端,监测油气回收的总量、设备的故障、设备的老化等问题,另一方面传递给环保监管部门,做到可以不间断的监管油气回收的运行状态、油气排量等。
           
          3.4 标准协议的研究
          由于不同的油气回收设备的原理大不相同,检测设备也型号各异,所有要求系统对不同的设备都应该有较好的支持,比如常见的开关量、高精度模拟量、RS232/RS485 和网络接口等。上报给监管机构或者公示屏幕的信息,应该在处理完信息的基础上按照一定的标准协议,交互式、严谨式的可靠传输。在这一点上,国家加油站油气排放标准和大气污染物排放标准(GB20952-2007)对加油站油气排放限值、重要技术指标检测原理、相关检测仪器的性能指标和规定都做出了具体而规范说明。
           
          3.5 亟待解决的问题
          检测数据需要考虑油气回收装置的检测气液比、密闭性和液阻等参数,并且为了使回收系统能达到国家标准,则需要解决如下几个问题。 
          (1)罗茨流量计堵塞问题
          罗茨流量计又称为腰轮流量计,具有压力损失小、量程范围大、精度高、可靠性高等优点,但液路中的固体杂质容易使流量计堵塞,因此需要加装过滤网并经常清洗。 
          (2)液阻测量问题
          液阻需要在固定流量且打开卸油口回气阀门的情况下测量,但加油站运行过程中卸油口回气阀门是处于关闭的状态,并且在测量时的时间不同,测量效果也存在着很大的偏差,因此需要考虑液阻测量以及偏差问题。 
          (3)加油脉冲采集问题
          针对柴油机、汽油机的不同,以及不同加油站的加油枪等问题,需要考虑加油脉冲采集问题。 
           
          4 具体实现
          油气回收在线监测智能系统,通过实时监测油气回收过程中的气液比(A/L),采取油气流量控制调节阀模式或变频控制模式,油气存储空间的压力和加油站可燃气体浓度等指标来监测整个系统的有效性,并将现场数据采集、监控数据、以移动通用分组无线业务的无线组网技术上传到监测中心,工作人员在终端查看各个加油站现场的实时生产数据以及模拟图形,方便实时调取数据并监控各级设备的运转情况。
           
          4.1 冷凝+吸附
          本系统在油气一次、二次回收系统中采用冷凝+吸附相结合的方式实现。系统采用连续冷凝、多批方法降低油气的温度,使大部分油气冷凝为液体实现回收,而没有被冷凝为液态,少部分浓度较低的油气再通过加装一个吸附系统,对油气进行富集,从而使油气浓度大大提高,并且启动吸附系统,减小了油气的体积,实现冷凝和吸附并举的效果。
           
          4.2 改良加油枪
          在二次回收系统中,将加油枪进行改良。对加油枪增加同轴胶管和收集油气的吸气孔,大大提高回收油气的吸气率。同时增加吸气孔,更加便于收集油气,达到回收油气的非常佳效果。(如图 3)
           
          4.3 使用智能液阻测量设备
          借助密闭液阻综合测试仪,通过管线依次连接的氮气入口快速接头,限压调节阀,流量调节阀,浮子流量计,压力缓冲腔和氮气出口快速接头,限压调节阀连接限压压力表,系统压力表,密闭压力表,液阻压力表并联后连接压力缓冲腔,并联后的管线还连接泄压阀,测试油气回收系统的正负压状态,密闭性和地下油气管道的液阻。 5 结论油气回收在线监测智能系统,借助智能化和现代信息化技术,实现监测平台和设备智能化操作和监管,有效解决油气回收应用率低和油气回收率低等问题,实现实时监测油气回收再利用问题,实时在线监测加油站各汽油加油枪气液比、油气回收系统密闭性和设备运行状态监测,并且可以实现远程传输到终端,实现显示、存储、打印、传输等功能的监控功能。真正有效的起到在线监测系统的监管作用;节约了资源(实现油气回收再利用)、改善环境,又可以及时发现设备老化、泄露等潜在的危险,是一项长治久安的系统工程。
           
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