1、1API682机封冲洗 PLAN54智能油站设计张健ZHANGJian（黄山工业泵制造有限公司 研发中心 ，安徽黄山245021）(Theresearchanddevelopmentcenterof HuangshanRSPmanufauturingCO.,LTD,Huangshan245021,China)摘要：介绍了符合美国石油协会API682标准PLAN54智能容积式泵机封冲洗油站设计，采用新型的硬件设计，增加蓄能器、电动阀门、电磁阀门等，以及结合现代测量理论及控制技术，基于可编程控制器PLC及人机界面触摸屏组成控制系统，油站具有结构紧凑、数据采集、超限报警、智能控制、自动调压等先进功能
2、。关键词：机封冲洗；油箱设计；管道设计；PLC；触摸屏；PID；蓄能器中图分类号：TP271+.3 文献标志码：BAbstract:Introduced in line with theAmerican petroleum institute standard PLAN54API682intelligent displacement pump seal washing station design, using new type of hardware design,increase the accumulator, electric valves, solenoid valves, etc.
3、, and combining the theory ofmodernmeasurement andcontrol technology,basedon programmable controller,PLC andtouchscreenman-machineinterfacecontrolsystem,thestationhasacompactstructure,dataacquisition,transfinitealarm,intelligentcontrol,advancedfunctionssuchasautomaticvoltageregulator.Key word:Machin
4、e seal flush; The tank design; Pipeline design; PLC; touch screen; PID;accumulator0 引言容积式泵的一些重要应用领域，如石油、化工、医药、军工等场合，需要为泵配套机封冲洗系统，油站是机封冲洗系统的主要组成部分，其作用是为泵机封提供干净、带压的冲洗封液，带走密封腔的热量，降低密封腔的温度，从而保证泵的正常运行。目前市面上常见的机封冲洗油站功能单一，需要手动调节，很少具有智能化自动化控制功能，通常机封冲洗液压力要大于泵出口压力0.1-0.2MPa，这种机封冲洗油站就很难达到自动精确调节的要求。21 智能油站新型的智能
5、容积式泵机封冲洗PLAN54油站系统，符合美国石油协会API682标准的机封冲洗方案PLAN54，创新的油站硬件设计，通过增加蓄能器有效减小管路的封液压力脉动，系统意外停车并能够继续供压。控制系统由西门子可编程控制器S7-200PLC及北京昆仑通态MCGS触摸屏为核心组成。可根据实际需要自动控制电动阀的开度自动调节机封液压力，保证机封冲洗液压力大于泵出口压力0.1-0.2MPa，防止泄露。通过触摸屏可以对油站进行数据采集显示、运行监控、简便操控而且结构紧凑，占地空间小，可搭配各种容积式泵机械密封使用，提高泵的安全性，稳定性和可靠性。2 硬件设计2.1 PLAN54油站总成概述油站设计性能参数封
6、液：推荐SHELL TURBOT46涡轮油 （粘度44CST40C）；封液流量： 50L/min； 冷却水流量：50-60L/min ；设计压力： 2.0Mpa；安全溢流阀：1.6MPa设定点 ；工作压力：高于机封泵腔压力0.2MPa；PLAN54油站原理图如图1所示。1 油站原理图 MPI MP2 221916 TT20 排污口P LST PLC控制箱 HMI触摸屏14 5 7 63108 9 17 18 21Pt 封液出口封液回油口冷却水进口冷却水出口23 14 151112 2513 1 螺杆油泵2 单向阀3 安全溢流阀45 回油滤油器6 空气滤清器吸油过滤器 11 磁翻转液位计12 热
7、电阻13 双金属温度表14 压力变送器16 热交换器17 电动阀187 加热器8 蓄能器9 压力表10 安全截止模块15 19 电磁阀22 手动球阀23 PLC控制箱20 212524 HMI触摸屏243PLAN54油站系统包括图中序号各器件、油箱以及连接管道、接头等。实体三维图如图2所示。3 控制系统设计4 结束图2 实体三维图2.2油箱的设计设计油箱时考虑以下几点1)油箱容量的确定。油箱容量的确定是设计油箱的关键，容量设计原则可按照液压泵的油箱公称容量系列（JB/T7938-1995）或者计算经验公式。本油站容量计算根据油箱容量计算经验公式：V=q （1）式中：V- 油箱有效容积（L）；q
8、- 液压泵的总额定流量（L/min）；-与系统压力有关的经验系数：低压系统=24，中压系统 =57，高压系统=1012。容量具体计算：PLAN54油站的设计压力PN=2.0Mpa，由标准公称压力表GB/T1227-2002，由于PN17.5 MPa时 n=4。2)具体计算已知：q=50L/min,p=2.0MPa,设吸油管v=1m/s,压油管v=3m/s，n=8,b =510MPa。经过计算，取吸油管直径DN25，压油管直径DN20。根据GB/T17395-1998无缝钢管尺寸标准，取油管壁厚2mm。对选取钢管进行抗拉强度校核：空气滤清器回油过滤器回油管 吸油过滤器 隔板吊耳 加热器双金属温度
9、计排液孔热电阻5吸油管实际抗拉强度 b = 2pdn = 22 8252 =100MPa0，阀门开度加大；0，阀门开度减小；0,阀门开度加大CPU224XP EM235触摸屏 油箱温度信号加热器设定温度控制输出 实测温度75）电磁阀门：实现机封冲洗回液温度过高自动冷却功能以及系统故障停机机封自动保压功能。当系统意外停车时，蓄能器与单向阀和电磁阀一同工作，电磁阀自动关闭封液回油路，保证封液压力在一段时间内高于泵腔压力，防止机械密封因承受反压失效。6）声光报警器：通过红黄绿三色指示灯结合蜂鸣器报警提醒用户油站系统运行状态。正常运行绿色指示灯常亮；一般报警黄色指示灯闪亮；严重报警红色指示灯闪亮并发出
10、蜂鸣报警声音。3.3控制系统软件设计软件设计包括触摸屏编程和PLC编程两个部分。触摸屏采用MCGSE嵌入版组态软件编辑监控界面，PLC编程选用西门子公司开发的组态软件STEP7V4.0SP6。S7-200PLC具有LAD编程和STL编程2种方式。LAD是使用最多的编程语言，它非常直观易懂，对每个人都适用；对于编程特别熟悉的人有时候会直接使用STL形式编程，用STL编写的程序简短，但不直观。对于该系统，LAD是比较适合的选择。油站程序控制流程图如图7所示。图7 程序控制流程图触摸屏显示主要包括数据及运行状态监控部分、参数设置部分、控制部分、报警显示部分、用户登录窗口等。触摸屏运行界面如图8所示。
11、N 程序初始化检查是否正常报警 Y回液电磁阀打开开到位油泵运行回液温度过高 Y换热器运行 N 换热器停止 油箱温度过低 Y加热器运行加热器停止压力是否达到YN调节电动阀 压力稳定系统稳定运行 N8图8 主控界面启动界面设有中英文切换，适用于国内外用户。用户登录设有两级用户权限设置即管理员用户和操作员用户，操作员仅限于部分使用操作，管理员凭密码可进行所有功能操作。触摸屏各界面设计新颖直观，集动画显示、数据采集、运行监视、实时报警、自能操控等功能为一身，操作简便，实用，设计遵从所见即所得的原则，方便用户。4 结束语经过研究及多次试验，PLAN54智能油站明显优于传统的人工调节机封冲洗油站，实现了智
12、能化、自动化、无人化值班，功能先进，实用性强，可用于各种带压的容积式泵输送系统的机封冲洗，达到有效保护机封，延长泵的使用寿命，增强系统稳定性的目的。参考文献：1王守城,段俊勇.液压元件及选用M.北京:化学工业出版社,2007:33-145.2H.Exner,R.Freitag,Dr.-Ing.H.Geis,RLang.液压传动与液压元件M.博士力士乐，2003:43-188,230-270.3周士昌,曹鑫铭.液压气动系统设计运行禁忌470例M.北京：机械工业出版社,2002:35-89.4陈特夫.温度仪表及感应加热装置M.北京：机械工业出版社，1983.5郭继周，刘渭峰，高晓宁.温度压力计的标定算法及软件实现J.油气井测试，2009（6）:34-37.6何军红.西门子PLC编程及工程应用M.北京：化学工业出版社，2011.7崔坚.西门子S7可编程控制器STEP7编程指南M.北京：机械工业出版社，2007.8孙传友,孙晓斌.测控系统原理与设计M.北京:北京航空航天大学出社,2007.9黄俊年,王立.浅析PID控制原理及应用J.硅谷，2010(12):109-176.10郑飞，姜学东.嵌入式PID控制器及显示系统的设计J.微计算机信息，2009,10（2）：63-64.9
