加油站油氣回收在線監(jiān)測(cè)智能系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及建議分析

           摘 要：加油站油氣回收在線監(jiān)測(cè)智能系統(tǒng)應(yīng)用研究，分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，采用先進(jìn)的人工智能和現(xiàn)代信息化技術(shù)，探尋需要研究的內(nèi)容和方向，通過分析加油站油氣回收系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)平臺(tái)的搭建、采用的協(xié)議，以及亟待解決的棘手問題，從而確定油氣回收在線監(jiān)測(cè)智能系統(tǒng)采用的對(duì)策和方法，從而更好的為環(huán)保部門實(shí)現(xiàn)油氣污染的高效、全程、在線監(jiān)管提供技術(shù)支撐。

     1 概述隨著人民生活水平的提高，汽車成了家家必備的交通出行工具，有的家庭有兩部汽車甚至更多。截至 2019 年 6月，公安部交管局發(fā)布稱：我國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá) 3.4 億輛，汽車 2.5 億輛。有車輛，就離不開加油站，全國(guó)加油站的數(shù)量超過 10 萬座，那么加油站在油品、儲(chǔ)存、銷售等各環(huán)節(jié)不可避免的存在油氣揮發(fā)、泄露、安全等問題。不僅污染環(huán)境，而且石油屬于不可再生資源，同時(shí)降低安全隱患，那么加油站的油氣回收問題就更是需要我們科學(xué)的利用當(dāng)前技術(shù)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。油氣回收，是指汽油儲(chǔ)運(yùn)、銷售過程中所產(chǎn)生的油氣通過一定裝置進(jìn)行回收，將油罐車卸油、儲(chǔ)油罐儲(chǔ)油、加油機(jī)加油過程中揮發(fā)的油氣收集到地下儲(chǔ)油罐內(nèi)，因此，開展油氣回收及長(zhǎng)效監(jiān)管是削減甲烷等有害氣體的排放量，進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量的一種有效措施。

          油氣回收自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是指在油氣回收系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)油氣回收運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的一系列設(shè)備的組合。加油站油氣回收在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于三次油氣回收的策略方法，借助智能終端設(shè)備方便監(jiān)管和檢測(cè)，使用原有流量計(jì)原理的技術(shù)依據(jù)，確保可以在讀取加油機(jī)原有內(nèi)部數(shù)據(jù)為前提，盡可能的節(jié)約大面積改造造成的施工或者鋪設(shè)線纜等費(fèi)用，利用智能化和現(xiàn)代信息化技術(shù)為手段，使用溫控式和壓力式相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟和關(guān)閉油氣回收系統(tǒng)。

       2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析Edward A. Payne，Greensboro 提出了加油站油氣回收系統(tǒng)需要完善的問題，并且研發(fā)出一種由壓力傳感器和數(shù)字處理器等設(shè)備共同組成的油氣回收系統(tǒng)，數(shù)字處理器可以接收壓力傳感器檢測(cè)的壓力數(shù)值，與標(biāo)準(zhǔn)的壓力數(shù)值進(jìn)行比較，從而可以實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)油氣回收系統(tǒng)的性能。該監(jiān)測(cè)裝置對(duì)加油站油氣回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)效果，提高了工作人員的工作效率，大大降低了人工檢測(cè)等危險(xiǎn)系數(shù)。但該裝置存在不能確定加油站油氣回收系統(tǒng)漏油點(diǎn)的位置，也不能存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)等缺陷。Castronovo，Cynthia L 等人發(fā)明出一種適用于加油站油氣回收系統(tǒng)性能的在線監(jiān)控設(shè)備，對(duì)儲(chǔ)油罐內(nèi)的壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行改進(jìn)、完善，實(shí)現(xiàn)可以在線監(jiān)測(cè)加油站油氣回收系統(tǒng)的多個(gè)參數(shù)，可以通過終端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油氣回收系統(tǒng)中的加油機(jī)的氣液比、油罐壓力、卸油區(qū)的油氣濃度，實(shí)時(shí)判斷加油站油氣回收系統(tǒng)回氣量、油罐密閉性等多個(gè)參數(shù)的性能、分析、評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警等。

       佛山市南海區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，為探究油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確性、適配性和穩(wěn)定性，2019年開展了油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)試點(diǎn)研究。試點(diǎn)結(jié)果顯示，油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、性能穩(wěn)定、適應(yīng)各類油氣回收設(shè)備，是強(qiáng)化油氣回收監(jiān)管的有效手段。

      國(guó)內(nèi)學(xué)者石力針對(duì)北京市油庫加油站油氣回收進(jìn)行分析與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的現(xiàn)狀，參考加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[GB1629-1996]中對(duì)北京市油庫油氣回收系統(tǒng)中儲(chǔ)油罐的改造、油氣回收裝置建設(shè)、裝油方式改進(jìn)以及油庫油氣回收案例分析等方面，對(duì)加油站油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)油氣回收系統(tǒng)進(jìn)行分析對(duì)比，探索出當(dāng)前油氣回收系統(tǒng)試點(diǎn)使用技術(shù)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

         國(guó)內(nèi)浙江科技學(xué)院學(xué)者張紅星等人也研發(fā)了基于紅外視頻的加油槍油氣泄露檢測(cè)，包括系統(tǒng)壓力變送器、加油機(jī)采集單元、數(shù)據(jù)接收單元和數(shù)據(jù)處理單元四部分。其中，壓力變送器的作用是檢測(cè)油氣回收系統(tǒng)是否具有良好的密閉性；加油機(jī)采集單元用來采集加油機(jī)工作時(shí)的數(shù)據(jù)參數(shù)，并傳輸給接收單元；數(shù)據(jù)接收單元的作用是首先接收數(shù)據(jù)，然后傳輸給數(shù)據(jù)處理單元，非常終進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。3 需要研究?jī)?nèi)容3.1 油氣回收系統(tǒng)原理油氣回收研究的系統(tǒng)向下直接面向?qū)嶋H的加油站，并且需要與加油站的各種設(shè)備融合為一體，所以必須要了解加油車運(yùn)輸、汽油存儲(chǔ)和加油設(shè)備的運(yùn)行過程。掌握具體的檢測(cè)裝置的工作模式，包括測(cè)量原理、精度以及傳輸協(xié)議等，油氣回收系統(tǒng)示意圖如圖 1 所示。

3.2 系統(tǒng)框架油氣回收監(jiān)測(cè)智能系統(tǒng)，借助人工智能技術(shù)，結(jié)合語音識(shí)別控制，圖像識(shí)別油氣濃度提醒等技術(shù)。加油站油氣回收在線監(jiān)測(cè)智能系統(tǒng)框架如圖 2 所示。

   3.3 嵌入式平臺(tái)的搭建整個(gè)系統(tǒng)的物質(zhì)載體是工業(yè)級(jí)的嵌入式平臺(tái)，以德州儀器 AM335X 主芯片的嵌入式開發(fā)板為平臺(tái)，具體實(shí)現(xiàn)信息的多方式收集、智能化處理和標(biāo)準(zhǔn)可靠上報(bào)。系統(tǒng)需要做到將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一方面?zhèn)鬟f給系統(tǒng)終端，監(jiān)測(cè)油氣回收的總量、設(shè)備的故障、設(shè)備的老化等問題，另一方面?zhèn)鬟f給環(huán)保監(jiān)管部門，做到可以不間斷的監(jiān)管油氣回收的運(yùn)行狀態(tài)、油氣排量等。3.4 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的研究由于不同的油氣回收設(shè)備的原理大不相同，檢測(cè)設(shè)備也型號(hào)各異，所有要求系統(tǒng)對(duì)不同的設(shè)備都應(yīng)該有較好的支持，比如常見的開關(guān)量、高精度模擬量、RS232/RS485 和網(wǎng)絡(luò)接口等。

        上報(bào)給監(jiān)管機(jī)構(gòu)或者公示屏幕的信息，應(yīng)該在處理完信息的基礎(chǔ)上按照一定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，交互式、嚴(yán)謹(jǐn)式的可靠傳輸。在這一點(diǎn)上，國(guó)家加油站油氣排放標(biāo)準(zhǔn)和大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB20952-2007）對(duì)加油站油氣排放限值、重要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)原理、相關(guān)檢測(cè)儀器的性能指標(biāo)和規(guī)定都做出了具體而規(guī)范說明。

       3.5 亟待解決的問題檢測(cè)數(shù)據(jù)需要考慮油氣回收裝置的檢測(cè)氣液比、密閉性和液阻等參數(shù)，并且為了使回收系統(tǒng)能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，則需要解決如下幾個(gè)問題。

     （1）羅茨流量計(jì)堵塞問題羅茨流量計(jì)又稱為腰輪流量計(jì)，具有壓力損失小、量程范圍大、精度高、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但液路中的固體雜質(zhì)容易使流量計(jì)堵塞，因此需要加裝過濾網(wǎng)并經(jīng)常清洗。

     （2）液阻測(cè)量問題液阻需要在固定流量且打開卸油口回氣閥門的情況下測(cè)量，但加油站運(yùn)行過程中卸油口回氣閥門是處于關(guān)閉的狀態(tài)，并且在測(cè)量時(shí)的時(shí)間不同，測(cè)量效果也存在著很大的偏差，因此需要考慮液阻測(cè)量以及偏差問題。

     （3）加油脈沖采集問題針對(duì)柴油機(jī)、汽油機(jī)的不同，以及不同加油站的加油槍等問題，需要考慮加油脈沖采集問題。

        4 具體實(shí)現(xiàn)油氣回收在線監(jiān)測(cè)智能系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油氣回收過程中的氣液比（A/L），采取油氣流量控制調(diào)節(jié)閥模式或變頻控制模式，油氣存儲(chǔ)空間的壓力和加油站可燃?xì)怏w濃度等指標(biāo)來監(jiān)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的有效性，并將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、以移動(dòng)通用分組無線業(yè)務(wù)的無線組網(wǎng)技術(shù)上傳到監(jiān)測(cè)中心，工作人員在終端查看各個(gè)加油站現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及模擬圖形，方便實(shí)時(shí)調(diào)取數(shù)據(jù)并監(jiān)控各級(jí)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

         4.1 冷凝+吸附本系統(tǒng)在油氣一次、二次回收系統(tǒng)中采用冷凝+吸附相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)采用連續(xù)冷凝、多批方法降低油氣的溫度，使大部分油氣冷凝為液體實(shí)現(xiàn)回收，而沒有被冷凝為液態(tài)，少部分濃度較低的油氣再通過加裝一個(gè)吸附系統(tǒng)，對(duì)油氣進(jìn)行富集，從而使油氣濃度大大提高，并且啟動(dòng)吸附系統(tǒng)，減小了油氣的體積，實(shí)現(xiàn)冷凝和吸附并舉的效果。

           在二次回收系統(tǒng)中，將加油槍進(jìn)行改良。對(duì)加油槍增加同軸膠管和收集油氣的吸氣孔，大大提高回收油氣的吸氣率。同時(shí)增加吸氣孔，更加便于收集油氣，達(dá)到回收油氣的非常佳效果。（如圖 3）4.3

      使用智能液阻測(cè)量設(shè)備借助密閉液阻綜合測(cè)試儀，通過管線依次連接的氮?dú)馊肟诳焖俳宇^，限壓調(diào)節(jié)閥，流量調(diào)節(jié)閥，浮子流量計(jì)，壓力緩沖腔和氮?dú)獬隹诳焖俳宇^，限壓調(diào)節(jié)閥連接限壓壓力表，系統(tǒng)壓力表，密閉壓力表，液阻壓力表并聯(lián)后連接壓力緩沖腔，并聯(lián)后的管線還連接泄壓閥，測(cè)試油氣回收系統(tǒng)的正負(fù)壓狀態(tài)，密閉性和地下油氣管道的液阻。

        5 結(jié)論油氣回收在線監(jiān)測(cè)智能系統(tǒng)，借助智能化和現(xiàn)代信息化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)和設(shè)備智能化操作和監(jiān)管，有效解決油氣回收應(yīng)用率低和油氣回收率低等問題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油氣回收再利用問題，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)加油站各汽油加油槍氣液比、油氣回收系統(tǒng)密閉性和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸?shù)浇K端，實(shí)現(xiàn)顯示、存儲(chǔ)、打印、傳輸?shù)裙δ艿谋O(jiān)控功能。真正有效的起到在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)管作用；節(jié)約了資源（實(shí)現(xiàn)油氣回收再利用）、改善環(huán)境，又可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備老化、泄露等潛在的危險(xiǎn)，是一項(xiàng)長(zhǎng)治久安的系統(tǒng)工程。