浅谈LNG槽车智能化充装方向研究

浅谈LNG槽车智能化充装方向研究

张晓东

中石化天津液化天然气有限责任公司  天津市  300457

摘要:通过开发智能装车管理系统，研制全自动装车撬，探索智能计量方式，配套智能监控设施等方式，提升LNG槽车作业自动化水平，优化充装流程，实现各环节自动衔接，提高装车效率，精简装车人员，提升服务体验，全面提升装车运营综合管理水平，促使装车管理向数字化、信息化、智能化转变。

关键词: LNG槽车；充装作业；智能化

Assumption and Research on Intelligent Filling of LNG tanker

Abstract: By developing an intelligent loading management system, developing a fully automatic loading skid, exploring intelligent metering methods and supporting intelligent monitoring facilities, improve the automation level of LNG tanker operation, optimize the filling process, realize the automatic connection of all links, improve loading efficiency, simplify loading personnel, improve service experience, and comprehensively improve the comprehensive management level of loading operation, Promote the transformation of loading management to digitization, informatization and intelligence.

Keywords: LNG tanker; Filling operation; Intellectualization1.

1.背景

随着LNG接收站的建设发展，LNG槽车外运已成为天然气运输的重要方式，LNG槽车充装作业在LNG接收站生产运行中愈加重要。目前LNG槽车充装作业中存在线下管理工作量大、人工操作多、各环节人工检查多、各系统相互独立、纸质单据多、未建立排队叫号系统等问题，安全风险高、用工总量多，智能化管理水平低，需通过开发智能装车管理系统、研制智能化设备、智能监控等智能化改造，提升LNG槽车充装作业的智能化水平，有效降低LNG槽车充装劳动强度，减人装车业务用工总量，并进一步降低安全风险，推动LNG装车业务向智能化转变。

2.建设方向

2.1 智能装车管理系统

LNG接收站应会同所对应销售公司开发贯穿整个装车业务流程的的信息平台，流程简化，一卡通行。

2.2 全自动装车撬

研发全自动装车撬，撬上所有操作阀门实现自控，并设置助力系统及快速连接装置，一键即可轻松对接。

2.3 智能计量

探索改变地衡称重模式，实现贸易级质量流量计在线计量。

2.4 智能监控

应用高精度全景视频监控等先进的技术手段，实现更优更安全的监护，实时显示装车橇位的状态。

2.5智能应急

通过作业风险点及危险源自动监控，统计分析报警信息，应急条件下消防系统自动联动。

2.6 头挂分离

开发使用自动定位停车系统，试验自动驾驶的牵引设施，提升物流效率。

3.现状

3.1 智能装车管理系统

3.1.1 数据混杂，降低工作效率：根据装车站实际情况，各级人员对生产及业务数据关注层面不同，现有的系统并未实现数据的分类，存在数据混杂的现象，直接降低了各级人员的工作效率。日常装车业务多采用纸质形式，容易造成数据丢失和混淆，且耗时耗力。另外翻看纸质资料效率低下，查找不易，缺少一个可视化的工具能够将各类数据分类管理、直观呈现。

3.1.2 子系统众多，缺乏数据交换，形成“信息孤岛”：常规装车站现有开票系统、监控系统等不同专业领域的信息平台，由于缺乏数据交换机制，不能有效共享和传递，从而形成“信息孤岛”，要同时查询多平台信息时往往需要运行多台电脑，来回切换，造成信息资源和设备资源的极大浪费。大量信息需要员工手动录入平台，并且车辆人员备案登记信息无法与现有管理系统连接；没有无人过磅系统，过磅时需要多人监护，费时费力，车辆在厂内依靠人工调控，效率低下；系统并未实现数据的分类，存在数据混杂的现象，直接降低了工作效率；日常装车业务多采用纸质形式，容易造成数据丢失和混淆，缺少一个可视化的工具能够将各类数据分类管理、直观呈现。

3.2 全自动装车撬

3.2.1 装车撬排凝阀、装车臂隔离阀、注氮阀等均为手动操作，单辆LNG槽车充装需动作手阀约20次；装车臂连接、归位均需人工操作，无助力系统，劳动强大较大。

3.2.2 装车臂与LNG槽车通过8条螺栓、16个螺母连接，连接、拆除费时费力等问题。

3.2.3 撬位连锁设置较少，仅为无流速、静电接地夹脱落等连锁停车，未设置枕木放置到位、司乘人员未释放静电、LNG槽车钥匙未放置在指定位置等连锁停车。

3.3 智能计量

质量流量计用于定量装车系统计量，贸易计量须采用地衡计量，计量程序较为复杂。

3.4 智能监控

3.4.1 装车区设有高清摄像头，可实时现场视频监控，均不能自动识别现场风险及违章行为。

3.4.2现场设有点式可燃气体探测器，监测数据在装车控制室无显示。

3.5智能应急

消防设备方面装车区消防设施主要包括干粉炮、高倍数泡沫发生器、消防栓等，干粉炮、消防栓需人工启动，高倍数泡沫发生器可实现联动。

3.6 头挂分离

头挂分离方面，LNG槽车头挂一体，需司乘人员驶入撬位进行充装作业，充装完成后驶离。

4.具体功能

4.1 智能装车管理系统

4.1.1 智能装车管理系统包括智能备案、智能申报、智能调度、智能安检、智能叫号、智能制卡、智能报表7个模块。

4.1.2 智能备案功能

（1）实现人员、车辆、物流公司等相关信息线上审核备案；

（2）实现人员、车辆黑名单管理，列入黑名单车辆、人员无法上传备案信息；

（3）实现证件到期智能预警功能。

4.1.2 智能申报功能

（1）实现入场资质信息、黑名单信息、证件有效期等条件的自动核验；

（2）实现人员入场安全教育培训是否合格自动审查，省去现场人员核查工作。

4.1.3 智能调度功能

（1）实现门禁自动识别。通过物联网技术，控制A/B/C区门禁联动，实现车辆计划自动审核；

（2）实现B区停车位自动分配。自动分配停车位，高效精准控制车辆通行顺序，有效降低车辆行驶过程中超车、超速以及道路拥堵等安全风险；

（3）实现A区、B区车辆自动调度。系统实时显示B区空余车位数，A区根据B区空余车位数自动放车。

4.1.4 智能安检

（1）实现线上安检，通过平板APP方式进行安检，实现安检记录可视化、智能化、可追溯化；

（2）实现A区、B区、C区检查结果互传。 B/C区操作员平板查车账号权限高于A区，与A区检查不一致情况自动反馈至A区检查人员，提醒A区操作人员加强核查。

 4.1.5 智能叫号

（1）实现B区安检自动叫号。在B区设置多功能智能大屏，自动安检排序并自动叫号提醒；

（2）实现C区装车自动叫号。在B区设置多功能智能大屏，在前车装车进度达到95%时，引导司乘人员有序进入空磅制卡。

（3）实现打单自动叫号。在B区设置多功能智能大屏，自动打单排序并自动叫号提醒。

4.1.6 智能制卡

（1）实现自动制卡。装车前制卡系统通过车牌号、身份证识别直接生成制卡信息，审核确认后完成制卡。

（2）实现自助打印磅单。称重完成后，通过自助打单一体机自助打印磅单。

2.7 智能报表功能

实现日报、周报、月报、年报等自动生成，并形成数据看板，有效监控各项工艺参数。

4.1.9 系统具备兼容性、开放性，可实现与公司内部系统、政府监管系统等系统数据相互。

4.1.10 系统充分考虑网络安全，外网和内网之间宜设置独立网闸及防火墙，工控网络不接受外网的任何指令。其中网闸实现安全的管理通信、权限分配方式、策略定制功能、日志审计功能，并可使管理员以多种方式进行查询、审计，并生成报表。硬件防火墙实现入侵防护、URL 过滤、僵尸网络防护、防病毒、内容过滤等功能，可对任意安全区域间交互的内容进行基于内容关键字的准确检测、阻断、告警、记录和信息还原，实现深度内容安全管理与跟踪。

图1 智能装车系统流程图

4.2 全自动装车撬

4.2.1 装车作业中需动作手阀优化为自动阀，并在批控器中组态动作逻辑，实现自动联锁控制。

4.2.2 装车臂配置辅助动力、定位监测及偏移纠正功能，辅以快速连接装置，可实现装车臂与槽车一键对接。

4.2.3 控制系统仪表选型根据LNG特性选择本安型或隔爆型。

4.2.4 为防止装卸车管路与汽车罐车快接接头在装卸车过程中松动、脱开，采用防脱设施。

4.2.5 紧急切断阀应能远程控制，关闭按钮应便于操作。

4.2.6 装卸撬按照《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058）中防爆要求进行设计。

4.2.7 采用氮气压力信号等自动检测手段确认密封是否合格，并设置连锁保护。

4.3 智能计量

4.3.1 装车撬选用贸易级质量流量计，满足贸易计量精度要求。

4.3.2 具备复核充装量的能力和装置；可探索每台装车撬充装位设置一台地中衡,将称重时间纳入到充装时间中，从而节约称重时间。

4.4 智能监控

4.4.1 装车区围墙及撬岛推荐安装全景视频监控、激光式可燃气体泄漏检测等先进自动监控、检测设备，实现作业风险点及危险源自动监控。

4.4.2 实时显示现场异常及装车橇位工艺状态，并定期汇总车辆静电接地断开、可燃有毒气体检测、无流速等联锁报警信息（如报警时间、车位、类型等），并通过分析制定降低措施。

4.4.3 应对报警时间、报警位置、报警类型、报警次数等进行汇总分析，研判装卸作业安全操作风险。

4.4.4 应高清晰、全过程监控装卸作业，推荐实现对泄漏、火灾及不安全装卸作业行为（未佩戴安全帽、未释放静电、接打手机、脱岗等）等进行分析识别。

4.4.5 探索同时改造槽车安全附件，设置槽车压力、液位传输信号，将槽车通过类似“船岸对接”的方式与装车撬批控器、装车过程联锁，达到槽车数据远程实时监控与安全联锁的目的。

4.5 智能应急

4.5.1 通过对装卸作业静电接地断开报警、可燃有毒气体检测报警、无流速等报警及视频、火灾等报警数据分析，计算每个车位的安全风险指数，判断风险等级。

4.5.2 采用联动式干粉炮、高倍数泡沫灭火系统、消防栓等消防设施，实现精准检测，自动联动，并防止误动作。

4.5.3 优化自动联动逻辑，避免监测仪误报带来的消防系统误启动风险。

4.6 自动定位模块

4.6.1 探索开展车辆自动定位入橇，尝试车头和挂车分离，开发使用自动定位停车系统，试验自行走式的牵引设施。

4.6.2 探索建设LNG槽罐堆场，LNG槽罐充装后按要求存放在堆场，物流单位到达后直接拉运新物流模式。

5.预期效果

5.1 智能装车管理系统

5.1.1 LNG槽车在C区作业时间可有效减少，效率有效提升；其中C区作业时间为驶入空磅至驶出重磅时间。

5.1.2 内操、安检劳动强度降低，每个班组可核减内操1人，安检1人，班组人员减少10%以上。

5.1.3 司乘人员A区安检、B区安检、B区打单、C区安检、C区制卡、C区称重等11个身份验证环节，均实现数字化安全核验，身份证一证通行，准确可靠；且制卡数据自动生成，减少人工操作失误，降低超装风险；同时高效精准控制车辆通行顺序，有效降低车辆行驶过程中超车、超速以及道路拥堵等安全风险。

5.1.4 A区放车、B区停车、安检排队、充装排队、打单排队等环节均由人工组织实现为自动排序叫号，司乘人员无需进入制卡间制卡及充装，极大节省操作人员劳动强度。2.2 全自动装车撬

5.2 全自动装车撬。

5.2.1 快速连接装置可实现装卸臂和槽车之间的连接和断开在十秒钟左右，大幅度节省了时间，冷却过程中无需再拧紧操作，在没有排空或者清洗管路前断开连接成为可能；前推结合顺时针转动-实现连接；逆时针转动结合外拽动作实现断开；消除液化天然气泄漏释放对大气的危害；连接或断开时不会有液体泄露或损耗。

5.2.2 撬位手阀更换为自动阀，可实现装车过程中所有阀门自动开启，减少装车人员劳动强度，避免人员误操作风险，同时可确保装车前氮气置换及装车后排凝吹扫满足装车要求。

5.2.3 撬位设置连锁可实现静电脱落、无流速、钥匙未放置指定位置、司乘人员未释放静电、枕木未放置指定位置等条件自动连锁，不满足安全充装条件自动连锁停车，进一步提高装车作业的本质化安全水平。

5.3 智能计量

实现充装结束后质量流量计自动计量，并以此为依据进行结算，大大降低充装后计量工作，有效减少计量时间，大幅提升装车作业效率；并按照《特种设备生产和充装单位许可规则》要求，设置地衡的称重负荷，进一步验证在线计量的可靠性，确保充装后计量准确无误

5.4 智能监控

5.4.1 区域内可燃气体自动监测，特别是针对装车臂与LNG槽车连接法兰、旋转接头、拉断阀、LNG槽车放空口等泄露后风险较高部门进行实时可燃气体监测，确保LNG发生泄露后能够第一时间发现。

5.4.2 对LNG装车作业过程中操作班组、司乘人员的不安全行为进行实施监控，可及时发现LNG装车作业过程中操作班组、司乘人员的不安全行为，第一时间报警提示，提醒管理人员及时制止，有效降低安全管理风险，提升装车作业的安全管理水平。

5.5智能应急

5.5.1 可燃气体监测系统与安全仪表系统设置连锁，一旦出现泄露，能够及时发现，并自动响应。结合泄露监测数据连锁停止撬位或者连锁单元停车，进一步确保区域本质安全化。

5.5.2 高倍数泡沫发生器、干粉炮等消防设备一并设置联动，一旦出现报警，需要开启高倍数泡沫发生器或者干粉炮时自动开启，确保消防处置到位，将突发事件的影响减到最低。

5.6 头挂分离

5.6.1 LNG罐箱或LNG罐车即可。

车辆来将挂车卸下，拉上满车出站，站内实现空挂车自动牵引入橇装车，可以充分利用设施，延长作业时间，极大提高生产效率及运输效率。

6.结束语

通过智能化充装提升建设，可极大提高装车效率，降低操作人员劳动强度，单辆LNG槽车充装时间预估减少20%，装车能力提升20% ，并可减少装车作业人员20%，达到LNG装车作业减员增效的目标；同时通过智能化监测，消防设施联动等自动化手段，进一步确保装置本质安全化，确保LNG槽车充装作业安全受控。全面提升装车运营综合管理水平，促使装车管理向数字化、信息化、智能化转变。

参考文献

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[4]黎翔，吴军，关海波.LNG船对船输送系统简介.中国水运(下半月). 2019,19(04)