微振筒數(shù)字密度計(jì)在油品質(zhì)量計(jì)量管控上的應(yīng)用

耿平 孫世亮 周健（中國(guó)石油天然氣股份有限公司黑龍江售分公司，黑龍江 哈爾濱 150018）

微振筒數(shù)字密度計(jì)在油品質(zhì)量計(jì)量管控上的應(yīng)用

耿平 孫世亮 周健（中國(guó)石油天然氣股份有限公司黑龍江售分公司，黑龍江 哈爾濱 150018）

1 應(yīng)用背景

在工信部、國(guó)家質(zhì)檢總局、集團(tuán)公司的指導(dǎo)下，提質(zhì)增效是我們企業(yè)面臨的一個(gè)重要課題，對(duì)油品密度測(cè)量?jī)x器的精確性、便捷性、易操作性等要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的玻璃密度計(jì),計(jì)量管理方法已不能滿足當(dāng)前市場(chǎng)的需求，數(shù)字式密度自動(dòng)計(jì)量逐步代替了傳統(tǒng)的密度計(jì)量方法。

黑龍江地區(qū)計(jì)量工作與全國(guó)其他地區(qū)有如下特殊性：

l年平均在氣溫-6℃到4℃之間，給計(jì)量工作帶來(lái)很大難度。

l年平均氣溫要比同緯度其他地區(qū)低5-8℃，計(jì)量人員工作環(huán)境相對(duì)惡劣

l大風(fēng)天氣較多，尤其是自哈爾濱沿松花江經(jīng)通河至佳木斯的河谷地帶，由于地形狹管作用，常年風(fēng)較大，給室外測(cè)量密度溫度帶來(lái)難度。

l加油站卸油質(zhì)量驗(yàn)收環(huán)節(jié)密度計(jì)數(shù)據(jù)沒(méi)有集成，信息化水平起步較低

在實(shí)際油品計(jì)量中，還存在一些問(wèn)題：

（1）油庫(kù)部分儲(chǔ)罐計(jì)量操作不規(guī)范，存在安全隱患

計(jì)量規(guī)范要求取樣油品需要帶回實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一處理，不允許直接倒回計(jì)量口，但由于每個(gè)樣品都帶回實(shí)驗(yàn)室工作量太大，大部分計(jì)量員測(cè)完數(shù)據(jù)后都通過(guò)取樣口倒回罐內(nèi)，汽油揮發(fā)較大，直接進(jìn)入大氣，不利于環(huán)保，另外灑落的油品污染了檢尺口平臺(tái)，容易發(fā)生滑倒等安全隱患。

（2）人為影響大，精度低

黑龍江省油庫(kù)和加油站在夜晚、風(fēng)雪天氣下，由于視線影響以及溫度變化極快導(dǎo)致測(cè)量密度、溫度非常困難，長(zhǎng)時(shí)間在復(fù)雜天氣下工作存在讀數(shù)不準(zhǔn)確和安全隱患風(fēng)險(xiǎn)。

（3）貿(mào)易交接過(guò)程中容易發(fā)生數(shù)質(zhì)量糾紛

不同的計(jì)量員專(zhuān)業(yè)水平有較大差異，有時(shí)候可能因業(yè)務(wù)規(guī)范不熟練或人為主觀讀數(shù)（尤其在下雨或下雪等惡劣天氣下）等因素造成計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，容易發(fā)生與客戶之間的數(shù)質(zhì)量糾紛；

（4）實(shí)時(shí)性差、油品測(cè)量過(guò)程油樣發(fā)生改變

目前大部分現(xiàn)場(chǎng)都采用玻璃浮計(jì)進(jìn)行密度測(cè)量，這種計(jì)量方式實(shí)時(shí)性差，需要取樣后需倒入玻璃杯后再用玻璃浮計(jì)儀器進(jìn)行測(cè)量，由于油品揮發(fā)（在夏天溫度較高時(shí)或者煉油廠的熱油）會(huì)帶來(lái)油品標(biāo)準(zhǔn)密度改變，測(cè)出的數(shù)據(jù)不能代表整個(gè)罐車(chē)油品的品質(zhì)；

汽油在向玻璃量筒轉(zhuǎn)移或者向留樣瓶中轉(zhuǎn)移時(shí)汽油揮發(fā)致使汽油組份會(huì)發(fā)生較大變化，同時(shí)揮發(fā)會(huì)降低溫度，從而導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)密度發(fā)生改變，給精準(zhǔn)計(jì)量帶來(lái)不良影響測(cè)量效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大；

目前黑龍江省油庫(kù)計(jì)量員從取樣、讀數(shù)到最后人工記錄整個(gè)程序要花費(fèi)35-45分鐘，不僅人工勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且人員效率低，占用大量人力時(shí)間，最終影響了工作效率；

（5）計(jì)量數(shù)據(jù)無(wú)追溯性、追責(zé)性

測(cè)量數(shù)據(jù)沒(méi)有集成，無(wú)法統(tǒng)一追溯查詢和管理，人工查詢過(guò)程過(guò)于繁瑣同時(shí)人工進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和人工換算標(biāo)準(zhǔn)密度的時(shí)候過(guò)程繁瑣容易出錯(cuò)。

（6）對(duì)計(jì)量人員素質(zhì)、專(zhuān)業(yè)性要求高

由于質(zhì)量交接環(huán)節(jié)密度、溫度檢測(cè)要求高，計(jì)量人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和計(jì)量操作的規(guī)范程度，將直接影響到計(jì)量的精度。部分地區(qū)由于計(jì)量人員流動(dòng)性高，業(yè)務(wù)素質(zhì)受到影響，單位為了解決這一問(wèn)題，定期開(kāi)辦計(jì)量培訓(xùn)班，盡管短期內(nèi)能解決一部分問(wèn)題，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看并不能從根本上解決這一問(wèn)題，并且耗費(fèi)了大量人力物力。

（7）受外界溫度影響大，測(cè)量數(shù)據(jù)不科學(xué)

《中國(guó)石油成品油計(jì)量規(guī)范》第二十二條密度測(cè)定，規(guī)定“測(cè)定密度時(shí)，測(cè)定溫度要盡量接近油罐中儲(chǔ)存油的實(shí)際溫度，應(yīng)在實(shí)際溫度的±3℃范圍內(nèi)測(cè)定。”特別在冬季東北區(qū)成品油密度測(cè)量實(shí)際工作中環(huán)境溫度與油溫差別較大時(shí)，當(dāng)取出油樣倒入玻璃量筒進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，視溫度與油溫相差超過(guò)3℃，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不科學(xué)。

（8）玻璃浮計(jì)密度計(jì)、玻璃溫度計(jì)易碎不利于移動(dòng)存放。

2 可用方案

目前，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出一種振動(dòng)式密度傳感器，該傳感器既保留了振動(dòng)式傳感器高精度、高穩(wěn)定的特性，又不受壓力影響，并且體積小巧，重量輕，準(zhǔn)確度優(yōu)于0.3kg∕m3。該傳感器可用于便攜式密度計(jì)，便攜式微振筒數(shù)字在線密度計(jì)就是利用該傳感器制成的密度測(cè)量?jī)x器。既可用于管道內(nèi)介質(zhì)密度動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量，也可用于儲(chǔ)罐介質(zhì)密度靜態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量，是目前密度測(cè)量領(lǐng)域理想的解決方案。

2.1 測(cè)量原理

傳感器采用振動(dòng)管原理測(cè)量密度。液體密度改變儀器的震動(dòng)頻率，通過(guò)監(jiān)視此頻率并進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)換，密度計(jì)即可提供高精度的密度測(cè)量，同時(shí)利用高精度的鉑電阻溫度計(jì)自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。其特有的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)使振動(dòng)管的頻率只與被測(cè)液體的密度和溫度相關(guān)，從原理上消除了壓力、人為誤差（取樣誤差、樣本污染、讀數(shù)誤差、計(jì)算誤差）等參數(shù)的變化對(duì)測(cè)量精度的影響，直接獲得各種介質(zhì)在復(fù)雜環(huán)境條件下精確的密度值，無(wú)需經(jīng)過(guò)中間參數(shù)轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的密度測(cè)量。

密度計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)方程如下：

式中：

K0、K1、K2——密度計(jì)系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定；

T——振動(dòng)周期；

ρ——密度，kg∕m3

2.2 與人工測(cè)量密度進(jìn)行比對(duì)

測(cè)量比對(duì)數(shù)據(jù)

從測(cè)量結(jié)果看，完全可以取代人工測(cè)量密度。

2.3 設(shè)備類(lèi)型

該設(shè)備分為便攜式、手持式兩種，便攜式直接伸入油罐計(jì)量口進(jìn)行測(cè)量，手持式將油品倒入密度計(jì)測(cè)量桶內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，可直接換算得出標(biāo)準(zhǔn)密度和VCF值。

2.3.1 便攜式微振筒數(shù)字密度計(jì)

便攜式微振筒數(shù)字密度計(jì)

密度溫度壓力電氣參數(shù)測(cè)量范圍準(zhǔn)確度分辨率測(cè)量范圍準(zhǔn)確度分辨率對(duì)壓力不敏感供電電源連續(xù)工作時(shí)間(600～1000)kg/m3±0．3 kg/m3或 ±0．5 kg/m30．1 kg/m3-40℃～+85℃±0．1℃0．01℃(0～1．0)MPa鎳氫充電電池AA型4．8V 10 h

機(jī)械參數(shù)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存重量尺寸（長(zhǎng)寬高）測(cè)量深度環(huán)境溫度防爆等級(jí)防護(hù)等級(jí)5000組4Kg 230×90×300(mm)可達(dá)30m -40℃～+60℃Ex ia IIB T4 Ga傳感器IP68

與傳統(tǒng)的方法相比，該密度計(jì)不需要特殊的技術(shù)要求及繁重易錯(cuò)的樣品采集測(cè)量過(guò)程，能同時(shí)完成視溫度、視密度測(cè)量并能直接轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)密度和VCF，并可通過(guò)無(wú)線通訊直接將測(cè)量結(jié)果導(dǎo)入計(jì)算機(jī)。并能實(shí)時(shí)、連續(xù)的測(cè)量和分析不同高度的密度分布情況，有效發(fā)現(xiàn)密度分層、產(chǎn)品不一致等現(xiàn)象，測(cè)量操作快捷、準(zhǔn)確。廣泛應(yīng)用于加油站、油庫(kù)等各生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所，經(jīng)濟(jì)有效，不失為一種很好的密度測(cè)量解決方案。

2.3.2 手持式微振筒數(shù)字密度計(jì)

手持式微振筒數(shù)字密度計(jì)技術(shù)參數(shù)

與傳統(tǒng)的方法相比，該款密度計(jì)最快3s即可測(cè)量出標(biāo)準(zhǔn)密度，并可通過(guò)無(wú)線通訊直接將測(cè)量結(jié)果導(dǎo)入計(jì)算機(jī)。不受天氣、人為等因素影響，避免了油品揮發(fā)，在極寒天氣仍然可以作業(yè)。廣泛應(yīng)用于加油站、油庫(kù)等各生產(chǎn)作業(yè)場(chǎng)所，經(jīng)濟(jì)有效，不失為一種很好的密度測(cè)量解決方案。

3 設(shè)備試用

針對(duì)該設(shè)備，我們?cè)诨?yàn)室進(jìn)行準(zhǔn)確性對(duì)比同時(shí)放在各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。

3.1 油庫(kù)化驗(yàn)室對(duì)比數(shù)據(jù)

密度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比表差值(kg/m3) 0．1 0．1 0．1 0 0 0 -0．1 -0．1 0．1 0．1 0 0設(shè)備編號(hào)HM1508003B HM1508011B HM1508002B HM1508008B HM1508013B HM1508004B HM1508006B HM1508005B HM1508007B HM1508001B HM1508012B HM1508010B HM1508009B HM1508015B HM1508016B HM1508017B HM1508018B測(cè)量地點(diǎn)設(shè)備測(cè)量值(kg/m3) 826．5 826．5 826．5 826．4 826．4 826．4 826．3 826．3 826．5 826．5 826．4 826．4 826．5 826．3 826．3 826．5 826．4化驗(yàn)室人工測(cè)量值(kg/m3) 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 0．1 -0．1 -0．1 0．1 0測(cè)量時(shí)間記錄員孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮2015．8．13

3.2 各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)對(duì)比數(shù)據(jù)

加油站密度計(jì)測(cè)量對(duì)比數(shù)據(jù)差值(kg/ m3)加油站記錄員人工測(cè)量值(kg/m3) 806．7加油站設(shè)備測(cè)量值(kg/m3) 806．8 0．1楊世偉加油站賈濱807 809設(shè)備編號(hào)HM150801 2B HM150801 4B HM150801 5B HM150800 5B HM150800 1B HM150801 7B HM150801 8B HM150801 6B HM150800 7B HM150801 0B 815．2 0．1加油站807 809 815．3何三姓815．9加油站-0．1 815．8毛立誠(chéng)加油站806．8 0．1鞠成新806．7 0 734．7滕洪濤油庫(kù)734．7 807．7 -0．1油庫(kù)807．8滕洪濤焦玉潔加油站加油站816．4 0 0 0 816．4華誠(chéng)煉油廠808．2 808．3 -0．1馬亮

4 實(shí)際應(yīng)用

4.1 需求分析

根據(jù)目前存在情況，我們分析實(shí)際情況，確認(rèn)需求：

（1）質(zhì)量需求：通過(guò)對(duì)油庫(kù)出口密度和加油站進(jìn)口密度對(duì)比，判斷油品是否是同一批次油品。

（2）計(jì)量需求:通過(guò)數(shù)據(jù)積累保障庫(kù)存安全。

將手持式微振筒數(shù)字密度計(jì)運(yùn)用到加油站和油庫(kù)以后，油庫(kù)發(fā)油采用密度計(jì)測(cè)量密度，加油站卸油采用密度計(jì)測(cè)量密度進(jìn)行對(duì)比，測(cè)量數(shù)據(jù)可以上傳至密度計(jì)在電腦上安裝的客戶端。所以基本可以滿足這兩項(xiàng)需求。

但是，一段時(shí)間后，我們發(fā)現(xiàn)，還有兩點(diǎn)問(wèn)題需要解決，才能達(dá)到我們的管控需求：

（1）低溫性能：目前低溫超過(guò)-18℃，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)密度換算就無(wú)法再進(jìn)行計(jì)算了，但是在東北，冬天溫度低于-18℃經(jīng)常可以遇到。所以我們建議青島澳邦量器有限責(zé)任公司對(duì)此進(jìn)行改良，通過(guò)一段時(shí)間研究，該廠家成功攻克該難題，手持式微振筒數(shù)字密度計(jì)應(yīng)用范圍擴(kuò)展到-35℃。

（2）質(zhì)量計(jì)量管理軟件：雖然采用手持式微振筒數(shù)字密度計(jì)測(cè)量密度，但是測(cè)量數(shù)據(jù)在管理上無(wú)法實(shí)時(shí)掌握，無(wú)法提前判斷密度情況，并且數(shù)據(jù)無(wú)法做到共享，大數(shù)據(jù)分析無(wú)法完成。根據(jù)這個(gè)情況，我們與青島澳邦量器有限責(zé)任公司共同研究商討，最終確定方案。由我們開(kāi)發(fā)質(zhì)量計(jì)量管理軟件，該軟件可以接收加油站與油庫(kù)密度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)，并且附帶罐車(chē)、油品、配送單號(hào)信息。當(dāng)一旦出現(xiàn)密度差值較大時(shí)，會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示油品批次警告。同時(shí)，大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于該平臺(tái)，隨時(shí)用于數(shù)據(jù)分析，也方便保存。青島澳邦量器有限責(zé)任公司，根據(jù)管理軟件需要，改進(jìn)密度計(jì)客戶端以及設(shè)備內(nèi)部程序，以便配合管理軟件使用。

4.2 實(shí)際應(yīng)用

根據(jù)實(shí)際需要，我們將微振筒數(shù)字密度計(jì)加入現(xiàn)有流程

在油庫(kù)與加油站分別采用微振筒數(shù)字密度計(jì)進(jìn)行密度測(cè)量，油庫(kù)在發(fā)油后采用便攜式微振筒數(shù)字密度計(jì)，測(cè)量罐車(chē)油品密度，測(cè)量完成后將數(shù)字密度計(jì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)上傳至電腦上密度計(jì)客戶端，再通過(guò)客戶端將測(cè)量數(shù)據(jù)與相應(yīng)配送單號(hào)上傳至省公司密度對(duì)比系統(tǒng)。當(dāng)該油罐車(chē)到達(dá)加油站后，加油站在卸油前，使用手持式微振筒數(shù)字密度計(jì)測(cè)量來(lái)油密度，完成后將測(cè)量數(shù)據(jù)上傳至客戶端，并通過(guò)客戶端將測(cè)量數(shù)據(jù)以及配送單號(hào)上傳至省公司密度計(jì)對(duì)比系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別同一單號(hào)密度差值，若密度差值大于1.2kg∕m3，則反饋到加油站加管系統(tǒng)，加油站停止卸油，若密度差值在1.2 kg∕m3以內(nèi)，則來(lái)油密度合格，同時(shí)反饋至加管系統(tǒng)，可以卸油。

同時(shí)，這些數(shù)據(jù)可以保存在密度對(duì)比系統(tǒng)中，方便省公司管理密度以及定期進(jìn)行總結(jié)并且隨時(shí)進(jìn)行查閱。

這一套反饋系統(tǒng)可以有效防止油品從油庫(kù)到加油站這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的油品質(zhì)量變質(zhì)問(wèn)題，能夠解決之前在油品運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)的偷油、換油問(wèn)題。

方案:如下：

（1）對(duì)內(nèi)付油（針對(duì)加油站）原則：按標(biāo)準(zhǔn)體積V20交接

（2）對(duì)外付油（針對(duì)外采）

原則：按質(zhì)量M交接

備注一：加權(quán)密度每月變更一次，本月的加權(quán)密度取決于上一月加油站和油庫(kù)的發(fā)油密度。油庫(kù)每月匯總所有發(fā)油的密度計(jì)算一個(gè)加權(quán)密度ρ1，銷(xiāo)售公司派專(zhuān)人對(duì)某幾個(gè)加油站測(cè)量密度并計(jì)算一個(gè)加權(quán)密度ρ2，省公司匯總上報(bào)后的ρ1和ρ2作出評(píng)估，一般來(lái)說(shuō)ρ1和ρ2之間存在差值，則最終的加權(quán)密度使用ρ1和ρ2和的平均值。

（3）加油站收油

5 效益

通過(guò)一段時(shí)間使用，微振筒數(shù)字密度計(jì)帶來(lái)效益日益明顯，成功解決目前存在的問(wèn)題：

（1）大罐測(cè)量采用便攜式微振筒數(shù)字密度計(jì)，無(wú)需取樣，直接浸沒(méi)到大罐中測(cè)量，避免油品傾倒浪費(fèi)與違規(guī)操作，消除安全隱患。

（2）數(shù)字式密度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)字化背光顯示，操作簡(jiǎn)單，操作人員不需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)密度計(jì)量的培訓(xùn)；晚上或天氣昏暗也可準(zhǔn)確讀數(shù)；不受天氣、環(huán)境溫度及大風(fēng)等環(huán)境因素影響，數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確可靠。并且可以測(cè)量并計(jì)算-18℃以下油品標(biāo)準(zhǔn)密度，而目前人工計(jì)量是無(wú)法完成這一項(xiàng)工作得。

（3）消除人為糾紛，數(shù)字密度計(jì)是數(shù)顯密度，在測(cè)量完成后自動(dòng)提示，操作簡(jiǎn)單，消除不同計(jì)量員讀數(shù)習(xí)慣不同造成的人為誤差引發(fā)得糾紛。

（4）采用數(shù)字密度計(jì)，便攜式微振筒數(shù)字密度計(jì)無(wú)需取樣、手持式微振筒數(shù)字密度計(jì)測(cè)量時(shí)密閉測(cè)量，都可以有效減少揮發(fā)帶來(lái)的油品密度改變這種情況。

（5）采用數(shù)字密度計(jì)代替人工計(jì)量，測(cè)量時(shí)間短，只需30s-60s即可完成密度、溫度測(cè)量，并且可實(shí)時(shí)換算出標(biāo)準(zhǔn)密度、VCF，數(shù)據(jù)隨時(shí)保存，提高了工作人員的工作效率，減輕了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。

（6）通過(guò)在收發(fā)油兩端進(jìn)行密度對(duì)比與管控，使得油品從油庫(kù)到加油站這個(gè)過(guò)程中密度變化得到管控，數(shù)據(jù)可以追溯到最初原始測(cè)量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，保證油品質(zhì)量得到嚴(yán)格管控。

（7）數(shù)字密度計(jì)操作簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜與專(zhuān)業(yè)的計(jì)量知識(shí)就可以使用，減少計(jì)量人員培訓(xùn)時(shí)間與費(fèi)用，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。

（8）采用數(shù)字密度計(jì)，便攜式微振筒數(shù)字密度計(jì)直接浸沒(méi)到液體中，測(cè)量液體溫度直接反映整個(gè)罐車(chē)油品溫度，手持式微振筒數(shù)字密度計(jì)具有保溫作用，也可以使測(cè)量油品溫度與罐車(chē)內(nèi)溫度差保持在3℃以內(nèi)。從而符合《中國(guó)石油成品油計(jì)量規(guī)范》第二十二條密度測(cè)定，規(guī)定“測(cè)定密度時(shí)，測(cè)定溫度要盡量接近油罐中儲(chǔ)存油的實(shí)際溫度，應(yīng)在實(shí)際溫度的±3℃范圍內(nèi)測(cè)定。”這一條規(guī)定。

（9）數(shù)字密度計(jì)采用不銹鋼一體式加工，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用，利于移動(dòng)存放。