基于數據分析的分層抽樣法在加油站抽樣中的應用

馬芝玉 曾勇昭 陳先銀

〔中國石化廣西石油分公司 廣西南寧 530021〕

油品銷售企業在質量升級時抽樣大都采用普查抽樣法。如筆者所在油品銷售企業在國Ⅴ成品油置換期采用的就是普查抽樣法。普查法是對所有的樣品都進行抽樣檢查，抽查樣品全面，但耗費人力、物力和時間，工作效率低。分層抽樣法是從一個可以分成不同子總體(或稱為層)的總體中，按規定的比例從不同層中隨機抽取樣品(個體)的方法。這種方法的優點是樣本的代表性比較好，抽樣誤差比較小，由于優點突出被廣泛應用到產品質量控制中[1-3]。其難點是分析樣品變異特性，從而確定分層模型。

某油品銷售企業管轄14個地市公司，設置12座油庫質檢室、2座質檢中心，油庫質檢室均依托油庫建立，每座質檢室平均4人；共有加油站1 288座，其中80%以上的加油站地點在縣城、鄉村中，加油站地罐3 600個。由國ⅥA油品質量指標、油庫儲存油品質量等信息和數據，確定樣品變異特性，設計分層抽樣模型，以抽樣檢測結果判斷整體樣品質量。通過實施，分層抽樣法可大大減少樣品量，提高抽樣工作效率。

1 分層抽樣法簡介

1.1 分層抽樣的概念

分層抽樣法，也叫類型抽樣法。就是將總體單位按其屬性特征分成若干類型或層，然后在類型或層中隨機抽取樣本單位。分層抽樣法的特點是：通過劃類分層，增大了各類分層抽樣中單位間的共同性，容易抽出具有代表性的調查樣本。該方法適用于總體情況復雜，各單位之間差異較大，單位較多的情況。

1.2 分層抽樣程序

分層抽樣的程序是：把總體各單位分成兩個或兩個以上的相互獨立且各具特點的完全的組，再從兩個或兩個以上的組中分別進行隨機抽樣。分組的標志或特點與所關心的總體特征相關。

1.3 分層抽樣的優點

分層抽樣與簡單隨機抽樣相比，具有顯著的潛在統計效果。即若從相同的總體中抽取兩個樣本，一個是分層樣本，另一個是簡單隨機抽樣樣本，則相對來說，分層樣本的誤差更小些。另一方面，若目標是獲得一個確定的抽樣誤差水平，則更小的分層樣本將達到這一目標。分層抽樣法與普查法相比，可大大降低油樣的樣本量。對不易全部采集的樣本的情況，具有操作性強的優點。分層抽樣的特點是將科學分組法與抽樣法結合在一起，分組減少了各抽樣層變異性的影響，抽樣保證了所抽取的樣本具有足夠的代表性。

2 分層案例

2.1 檢測能力和樣品數據分析

2.1.1 檢測能力分析

由于烯烴、芳烴可由快速辛烷值機實現1個樣品在5min內報出結果；而車用柴油使用SH/T 0606方法1個樣品報出結果需2h。筆者所在企業以快速辛烷值機、氣質聯用測定儀等國ⅥA升級指標檢測儀器配置在質檢中心，但檢測能力限制無法實現油品普查。

2.1.2 煉廠生產工藝分析

國ⅥA油品質量升級，煉廠無需對生產工藝進行調整，其中汽油僅需調整汽油池比例，柴油基本在國Ⅴ階段使用的深度加氫技術已能滿足生產國Ⅵ指標要求。

2.1.3 煉廠出廠指標分析

對2018年7—10月A、B、C、D煉廠油品升級質量指標進行分析，車用汽油、柴油質量指標情況分別見表1和表2。表1中苯、芳烴、烯烴以體積分數(ψ,%)計量，多環芳烴以質量分數(ω,%)(全文相同)。經指標分析，芳烴含量源頭處于高位，按照一些銷售企業[4]設置警戒線，將分析誤差留在企業內部作為風險防控的做法，將芳烴含量33%設為警戒線指標(全文相同)，低于33%判斷為合格品。

表1 2018年7—10月煉廠汽油質量情況表

表2 2018年7—10月煉廠0號車用柴油質量情況表

由表1可以看出：車用汽油苯含量指標均已達到標準并有富余，烯烴含量達到國ⅥB標準；成品車用汽油芳烴含量仍有大于33%卡邊情況，表明國ⅥA汽油指標降低烯烴、芳烴含量，煉廠需以卡邊芳烴指標保證汽油辛烷值。

由表2數據可以看出，柴油多環芳烴、密度指標均符合標準，車用柴油儲存質量已達到國Ⅵ標準。

2.1.4 油庫油品指標分析

在油源指標已達到國ⅥA標準的情況，2018年11月對油庫全部汽油儲罐，每庫取1個柴油品種和周轉慢的柴油油罐進行抽樣檢查，指標情況見表3。由表3數據可知，儲存汽油指標全部合格，芳烴含量最大為32.9%卡邊合格。表3數據中，多環芳烴的檢測使用SH/T 0606—2005質譜法，根據張煒煒[5]等人使用車用柴油國Ⅵ階段多環芳烴仲裁方法SH/T 0806—2008液相色譜法進行對比分析，多環芳烴指標在10以內，液相色譜法報出結果比質譜法小1～2個單位，本次結果多環芳烴最大值為6.2%，結果合格。車用柴油全部符合升級指標要求。

表3 2018年11月油庫儲存汽柴油質量情況表

2.2 分層抽樣實施

2.2.1 分層依據

根據油品置換難度從大到小將加油站點分為四類，即銷量極小(一周進油一次)、銷量小(3天進油一次)和“他有我營”站與合資站、其他(含委托站)。由于汽油芳烴含量處于高位，質量風險大，在本次抽樣中加大抽樣比例；柴油質量指標因煉廠來油和油庫儲存的質量指標已符合標準要求，按照全部站點5%較小比例抽樣。

2.2.2 分層設計表格

根據分層依據，設計分層抽樣表格，見表4。

表4 加油站油品質量抽樣設計表

根據表4，3 600座加油站臥罐，使用分層抽樣法抽樣，抽取汽油樣品數與柴油樣品數之和是332個樣品。

2.3 分層抽樣結果

抽樣結果見表5。

表5 加油站抽樣檢測結果表

由表5可知：

⑴在國ⅥA階段油品升級，抽樣檢測332個樣品，汽油芳烴ψ合格251個，合格率94%，余下卡邊和不合格樣品為17個，占6%，不合格樣品中芳烴ψ最大值為34.5%。

⑵表5數據中余下的17個芳烴ψ卡邊和不合格站點中，其中3座站是銷量極小類站，占該層樣品54座的6%；油源在A、B、C、D煉廠均有，主要原因是煉廠芳烴指標卡邊出廠。

⑶汽油快速辛烷值機報出烯烴含量最大結果16.7%，與GB/T 11132方法比較，GB/T 11132報出結果高1～1.5個單位。根據徐廣通[6]等人對GB/T 11132和GB/T 30519進行結果比較，結果一致，判斷烯烴含量16.7%結果合格。

根據該抽樣結果，由于銷量極小加油站最難完成置換，如果銷量極小站完成了油品置換，即可判斷企業完成了油品置換。

2.4 卡邊、不合格結果跟蹤

對17個卡邊、不合格樣品和其他51座銷量極小加油站樣品跟蹤，進行3車油置換后再次抽查，抽查結果全部合格，判斷國ⅥA升級完成。由于煉廠工藝原因，卡邊芳烴含量出庫的汽油調配工藝將長期使用，需不間斷加強對該指標跟蹤，在地市公司開展烯烴、芳烴檢測。

3 結語

⑴ 對同樣數量的樣品量，基于數據分析的分層抽樣法和全面普查法，抽取樣品量分別是332個和3 600個。分層抽樣結果與源頭情況一致，分層抽樣樣品具有代表性，大幅降低了樣品量，節省了人力、物力，提高了工作效率。

⑵ 此次分層抽樣，對油庫儲存油樣采取的也是分層抽樣，首先對汽油和柴油進行分類，汽油普查和柴油抽查，實際抽檢中經常使用分層抽檢，缺乏的是對分層抽樣進行系統分析。

⑶ 對加油站采用的是二次分層，根據樣品特性確定抽樣比例。第一次分汽油和柴油兩類，第二次對汽油、柴油站點分別進行分類。對汽油類站點根據油源和油庫儲存汽油質量，對加油站點分成4類，分別按照100%、50%、30%、10%比例抽樣，而柴油類按照5%比例抽樣。該抽樣模式基于信息和數據分析設計，實際應用中可根據實際信息數據分析差異調整采用。

⑷ 本文中加油站油品質量與油庫儲存油品質量、源頭出庫油品質量一致，即均是芳烴含量處于高位、多環芳烴處于低位，數據一致。

⑸ 針對數據準確性，烯烴含量結果與快速辛烷值機、GB/T 11132和GB/T 30519進行了比較，由于GB/T 30519是國ⅥA階段的仲裁方法，查詢文獻并比對，判斷快速辛烷值機比GB/T 30519報出結果稍高，判斷結果合格；多環芳烴結果根據質譜法比仲裁方法液相色譜報出結果高，判斷結果準確；芳烴含量指標源頭處于高位，本文引用警戒線從嚴統計分析。

(6)基于數據分析的分層抽樣法，通過對各種可能影響樣品代表性環節進行分析，根據分析結果確定代表性樣品，設計抽樣表格，實施分層抽樣，在大規模加油站油品普查中，由于抽樣樣品少，樣品代表性強，節省了人力、物力，提高了工作效率，可在銷售系統加油站抽樣工作中應用。