萬先平

〔中國石化銷售股份有限公司華中分公司 湖北武漢 430015〕

隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，成品油手工計量因其人工計量誤差、作業(yè)安全隱患及管理漏洞等局限性而逐步被自動計量所替代。近年來，國內(nèi)對成品油儲罐自動計量系統(tǒng)的研究與應用，推動了自動計量系統(tǒng)在滿足技術(shù)指標及精度要求的基礎上實現(xiàn)計量交接和庫存管理。

1 國內(nèi)成品油儲罐自動計量系統(tǒng)的分類及應用情況

國內(nèi)成品油儲罐人工計量的歷史已延續(xù)多年，在技術(shù)進步和信息發(fā)達的時代，人工計量的局限和弊端已明顯的顯現(xiàn)出來，不適合也不滿足行業(yè)發(fā)展需要。自動計量系統(tǒng)應運而生，根據(jù)其工作原理和方法、產(chǎn)生的先后順序及技術(shù)成熟度，主要分為三種[1-2]，各自的組成、技術(shù)方法和應用情況如表1。

表1 自動計量系統(tǒng)分類與應用

2 伺服密度計在儲罐油品計量方面的應用

根據(jù)國家質(zhì)檢總局和國家標準化管理委員會發(fā)布的國家標準《GB/T 25964—2010石油和液體石油產(chǎn)品采用混合式油罐測量系統(tǒng)測量立式圓筒形油罐內(nèi)體積、密度和質(zhì)量的方法》[3]，當油品液位與底部壓力傳感器高度接近時，根據(jù)測量壓力計算密度值的不確定度會較大。這主要是隨著儲罐內(nèi)油品液位降低，液位計測量液位的相對誤差逐漸增大，底部壓力變送器測量壓力的相對誤差也逐漸增大。所以，當儲罐內(nèi)油品液位低于某一液位值時，HTMS提供的密度參數(shù)存在很大的不確定度，這也是HTMS系統(tǒng)的固有缺陷[4]。

想要提高自動計量系統(tǒng)的測量精度，首先要解決密度測量誤差的短板問題，特別是儲罐低液位時油品密度的準確度。采用便攜式手持電子密度計替代人工取樣測量密度，每年將便攜式密度計送到有資質(zhì)的單位進行校準，并且每月對其測量的油品溫度及標準密度數(shù)據(jù)與人工計量數(shù)據(jù)進行比對，截取近一年時間對一臺設備編號為PNA170120003A的便攜式密度計與人工計量儲罐油品溫度、標準密度的比對數(shù)據(jù)，具體差異見圖1。

圖1 便攜式電子密度計與人工測量數(shù)據(jù)差異比對圖

如圖1所示，油溫差異最大為±0.3 ℃，平均差異為-0.1 ℃，負向平均差異為-0.2 ℃，正向平均差異為0.2 ℃；標準密度差異最大為0.5 kg/m3，平均差異為-0.1 kg/m3，負向平均差異為-0.3 kg/m3，正向平均差異為0.4 kg/m3，證實了便攜式手持電子密度計在溫度及密度測量方面較高的準確度和穩(wěn)定性。

便攜式電子密度計的結(jié)構(gòu)主要分為傳感器和變送器兩部分，關(guān)鍵部件就是諧振式液體密度傳感器，通過諧振子振動特性實現(xiàn)密度的測量。同時在密度傳感器中置入高精度溫度傳感器，保證密度、溫度的同時、同位測量。此外，在密度傳感中還加入了水位探測器，可自動測量儲罐油水界面。經(jīng)探討，將電子密度計稍加改造，融入HTMS系統(tǒng)中，可解決原有HTMS系統(tǒng)密度測量問題。

3 基于伺服密度計的自動計量系統(tǒng)的搭建

以某成品油儲備庫為例，該油庫在2012年油罐改造時參照GB/T25964-2010，以伺服液位計為主體搭載壓力變送器和多點平均溫度計形成混合計量系統(tǒng)，具備儲罐油品液位、溫度、密度和水位自動測量功能。經(jīng)比對、調(diào)試和應用，該系統(tǒng)液位、溫度測量基本能滿足精度要求，但密度誤差特別是液位在3 m以下時非常大，且系統(tǒng)無法測量單點密度和油品密度分層，無法全面應用于計量交接和庫存管理，對該儲備庫油品進出庫作業(yè)效率和盤點準確性有一定制約和影響。

3.1 新型自動計量系統(tǒng)的搭建

現(xiàn)根據(jù)儲備庫現(xiàn)場調(diào)研，制定了該儲備庫原自動計量系統(tǒng)改造升級方案，在不改變原自動計量系統(tǒng)的前提下加裝伺服密度計，直接測量儲罐內(nèi)油品液位、溫度、密度(可根據(jù)需要指定位置)，進而計算油品體積、質(zhì)量等。具體實施方案：一是利舊現(xiàn)有液位計，進行液位測量；二是在儲罐計量口安裝量油轉(zhuǎn)換器和伺服密度計；三是伺服密度計信號線與液位計信號線兼容，利舊現(xiàn)有液位計信號線，并在兩臺設備之間敷設連接線；四是中控室安裝顯示控制儀，作為計量系統(tǒng)的操作平臺，并集成現(xiàn)有液位計液位信號，統(tǒng)一運算處理；五是與油庫PLC系統(tǒng)對接，預留接口，方便遠程查看。

為確?，F(xiàn)場安全，在不影響現(xiàn)場正常生產(chǎn)作業(yè)、不清罐、不動火的條件下，通過上述改造方案的實施完成了自動計量系統(tǒng)的硬件搭建。

3.2 系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)油品銷售企業(yè)《油庫自動計量技術(shù)標準》，油罐自動計量系統(tǒng)比對測試驗收標準如表2，系統(tǒng)搭建后需經(jīng)調(diào)試、比對，滿足驗收標準后方可正式投入使用。

表2 油罐自動計量系統(tǒng)比對測試驗收標準

n——數(shù)據(jù)比對測量次數(shù)；初次評價n≥30，運行中評價可選擇n≥15；

xn——測試比對第n次人工測量值；

系統(tǒng)調(diào)試應先將檢定合格且在有效期內(nèi)的儲罐容積表導入自動計量系統(tǒng)服務器，再根據(jù)現(xiàn)場實際進行界面組態(tài)和參數(shù)設置，涉及作業(yè)管理類型、儲罐基礎配置、儲罐計量參數(shù)、高低液位及密度報警參數(shù)以及用戶權(quán)限分級、遠程診斷調(diào)試等。

3.3 系統(tǒng)驗收

為確保該自動計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性和穩(wěn)定性，經(jīng)過半年時間的人工計量與自動計量數(shù)據(jù)比對和修正，特別對于罐底板變形、計量基準點設置不準的問題，通過高中低三段不同液位高度的測量數(shù)據(jù)比對和修正，消除了基準點在正常變形范圍內(nèi)帶來的數(shù)據(jù)影響。根據(jù)測試項目選取相應的設備進行比對測試，且比對測試設備必須經(jīng)過檢定或校準，并具有有效期內(nèi)的檢定或校準證書，且用于罐區(qū)使用的所有測試設備應滿足規(guī)定的安全防爆等級要求。人工計量設備要求見表3。

表3 主要備選比對測試設備要求

在某儲備庫30 000 m3的立式浮頂柴油罐上加裝伺服密度計，與原伺服液位計組成新的自動計量系統(tǒng)，并對該儲罐進行不同液位高度、不同時段及不同溫度情況下的油品液位、溫度、密度數(shù)據(jù)采集，并與人工計量數(shù)據(jù)進行對比，共計37組數(shù)據(jù)，見表4。

表4 某儲備庫柴油罐自動計量系統(tǒng)與人工計量比對數(shù)據(jù)表

將表4的數(shù)據(jù)進行處理，并對照表2計算允差及不確定度，發(fā)現(xiàn)：

油水總高：90%比對數(shù)據(jù)差異S≤3 mm，smax=5 mm(≤5 mm),u=3.62 mm(≤4.2 mm)

平均溫度：90%比對數(shù)據(jù)差異S≤0.5 ℃，smax=0.9 ℃(≤1.0 ℃),u=0.45 ℃(≤0.71 ℃)

平均標準密度：90%比對數(shù)據(jù)差異S≤0.5 kg/m3，smax=-0.8 kg/m3(≤1.0 kg/m3)，uρ=0.48 kg/m3(≤0.71kg/m3)

商業(yè)質(zhì)量差值比：90%比對數(shù)據(jù)差異S≤0.2%，smax=-0.13%(≤0.20%)，u=0.07%(≤0.28%)。

綜上，該自動計量系統(tǒng)完全滿足驗收標準，后期將繼續(xù)對該系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)進行抽查比對，并加強對設備硬件及軟件的維護，確保其運行的穩(wěn)定性和有效性。

4 自動計量系統(tǒng)的深化應用

4.1 監(jiān)測儲罐出油口密度、溫度，實現(xiàn)發(fā)油實測密度應用

通過設置伺服密度計傳感器所處位置，使其停留在儲罐出油口液位高度，可實時監(jiān)測出油口附近油品密度和溫度，如傳感器經(jīng)法定計量檢定機構(gòu)校準合格，其所采取的密度和溫度數(shù)值可作為該儲罐發(fā)油密度的計算依據(jù)。

4.2 增加密度、溫度測量點，實現(xiàn)油品分層監(jiān)測與預警功能

該自動計量系統(tǒng)結(jié)合人工計量中標準的三點測量及加測需求，為油品溫度和密度的測量提供了多種選擇：三點測量、多點測量、每米測量、指定高度測量等，可以根據(jù)儲罐油品具體情況選擇合適的測量方式。在實際應用中，可以綜合考慮測量時間和油品分層情況，既保證測量數(shù)據(jù)準確有效，又不過多延遲測量時間并確保傳感器使用壽命，可以選擇五點或七點測量模式，當一定時間內(nèi)，系統(tǒng)通過各點密度值間的差異自行判斷是否存在分層，并發(fā)出預警信息。

4.3 強化信息與資源，實現(xiàn)多功能應用及風險監(jiān)控功能

該自動計量系統(tǒng)充分運用數(shù)據(jù)處理和信息管理平臺軟件，實現(xiàn)計量交接和庫存管理、液位動態(tài)監(jiān)控和異常報警、數(shù)據(jù)曲線圖趨勢分析、生成定制數(shù)據(jù)報表等基本功能。同時，還具備權(quán)限管理、系統(tǒng)日志生成、歷史數(shù)據(jù)查詢等風險監(jiān)控功能。系統(tǒng)日志用于記錄系統(tǒng)所有操作，不可刪除，為排查風險提供依據(jù)。

4.4 與ERP系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)計量自動化、信息化管理

基于ERP集成化、靈活性、開放性的特點，結(jié)合自動計量系統(tǒng)的多功能和特性，可以考慮將ERP系統(tǒng)和自動計量系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和傳輸方面實行有效集成，即將自動計量系統(tǒng)實時采集的原始數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)紼RP中，由ERP內(nèi)的計量數(shù)據(jù)模型自動計算油品體積、質(zhì)量，減少日常工作中人工錄入ERP數(shù)據(jù)，一方面提高了工作效率，另一方面又保證了數(shù)出一門，減少人工干預。

5 結(jié)束語

基于伺服密度計的自動計量系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)混合式自動計量系統(tǒng)密度測量不準的瓶頸，在提質(zhì)降耗增效的大環(huán)境下，后期還需要通過加強數(shù)據(jù)比對和軟硬件維護，進一步提高自動計量系統(tǒng)的準確度和穩(wěn)定性，通過深化應用實現(xiàn)自動測量和信息化管理，能更加便捷、高效地實現(xiàn)風險控制、物流過程控制及成本效益控制，構(gòu)筑智能供應鏈管理。