加油站油氣回收在線監(jiān)測智能系統(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)測智能系統(tǒng)應(yīng)用研究，分析國內(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)測智能系統(tǒng)采用的對策和方法，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：我國機(jī)動車保有量達(dá) 3.4 億輛，汽車 2.5 億輛。有車輛，就離不開加油站，全國加油站的數(shù)量超過 10 萬座，那么加油站在油品、儲存、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。油氣回收，是指汽油儲運(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、儲油罐儲油、加油機(jī)加油過程中揮發(fā)的油氣收集到地下儲油罐內(nèi)，因此，開展油氣回收及長效監(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。

          油氣回收自動監(jiān)測系統(tǒng)，是指在油氣回收系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對油氣回收運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測的一系列設(shè)備的組合。加油站油氣回收在線智能監(jiān)測系統(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，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)自動開啟和關(guān)閉油氣回收系統(tǒng)。

       2 國內(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)評價(jià)油氣回收系統(tǒng)的性能。該監(jiān)測裝置對加油站油氣回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動化監(jiān)測效果，提高了工作人員的工作效率，大大降低了人工檢測等危險(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，對儲油罐內(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、評價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警等。

       佛山市南海區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，為探究油氣回收在線監(jiān)測系統(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。

      國內(nèi)學(xué)者石力針對北京市油庫加油站油氣回收進(jìn)行分析與經(jīng)濟(jì)性評價(jià)的現(xiàn)狀，參考加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[GB1629-1996]中對北京市油庫油氣回收系統(tǒng)中儲油罐的改造、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，對加油站油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)中一級、二級、三級油氣回收系統(tǒng)進(jìn)行分析對比，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，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 需要研究內(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、汽油存儲和加油設(shè)備的運(yùn)行過程。掌握具體的檢測裝置的工作模式，包括測量原理、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)測智能系統(tǒng)，借助人工智能技術(shù)，結(jié)合語音識別控制，圖像識別油氣濃度提醒等技術(shù)。加油站油氣回收在線監(jiān)測智能系統(tǒng)框架如圖 2 所示。

   3.3 嵌入式平臺的搭建整個(gè)系統(tǒng)的物質(zhì)載體是工業(yè)級的嵌入式平臺，以德州儀器 AM335X 主芯片的嵌入式開發(fā)板為平臺，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)測數(shù)據(jù)一方面?zhèn)鬟f給系統(tǒng)終端，監(jiān)測油氣回收的總量、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，檢測設(shè)備也型號各異，所有要求系統(tǒng)對不同的設(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）對加油站油氣排放限值、重要技術(shù)指標(biāo)檢測原理、相關(guān)檢測儀器的性能指標(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數(shù)據(jù)需要考慮油氣回收裝置的檢測氣液比、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)，并且在測量時(shí)的時(shí)間不同，測量效果也存在著很大的偏差，因此需要考慮液阻測量以及偏差問題。

     （3）加油脈沖采集問題針對柴油機(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)測智能系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測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，油氣存儲空間的壓力和加油站可燃?xì)怏w濃度等指標(biāo)來監(jiān)測整個(gè)系統(tǒng)的有效性，并將現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、以移動通用分組無線業(yè)務(wù)的無線組網(wǎng)技術(shù)上傳到監(jiān)測中心，工作人員在終端查看各個(gè)加油站現(xiàn)場的實(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)，對油氣進(jìn)行富集，從而使油氣濃度大大提高，并且啟動吸附系統(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

      使用智能液阻測量設(shè)備借助密閉液阻綜合測試儀，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)測平臺和設(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)測油氣回收再利用問題，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測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，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、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)長治久安的系統(tǒng)工程。