基于伺服密度計(jì)的成品油自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的搭建及深化應(yīng)用

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(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，成品油手工計(jì)量因其人工計(jì)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(dòng)計(jì)量所替代。近年來，國內(nèi)對成品油儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，推動(dòng)了自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)在滿足技術(shù)指標(biāo)及精度要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)計(jì)量交接和庫存管理。

1 國內(nèi)成品油儲(chǔ)罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的分類及應(yīng)用情況

國內(nèi)成品油儲(chǔ)罐人工計(jì)量的歷史已延續(xù)多年，在技術(shù)進(jìn)步和信息發(fā)達(dá)的時(shí)代，人工計(jì)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(dòng)計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)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(yīng)用情況如表1。

表1 自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)分類與應(yīng)用

2 伺服密度計(jì)在儲(chǔ)罐油品計(jì)量方面的應(yīng)用

根據(jù)國家質(zhì)檢總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《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(dāng)油品液位與底部壓力傳感器高度接近時(shí)，根據(jù)測量壓力計(jì)算密度值的不確定度會(huì)較大。這主要是隨著儲(chǔ)罐內(nèi)油品液位降低，液位計(jì)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(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)油品液位低于某一液位值時(shí)，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(dòng)計(jì)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(chǔ)罐低液位時(shí)油品密度的準(zhǔn)確度。采用便攜式手持電子密度計(jì)替代人工取樣測量密度，每年將便攜式密度計(jì)送到有資質(zhì)的單位進(jìn)行校準(zhǔn)，并且每月對其測量的油品溫度及標(biāo)準(zhǔn)密度數(shù)據(jù)與人工計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，截取近一年時(shí)間對一臺設(shè)備編號為PNA170120003A的便攜式密度計(jì)與人工計(jì)量儲(chǔ)罐油品溫度、標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(fù)向平均差異為-0.2 ℃，正向平均差異為0.2 ℃；標(biāo)準(zhǔn)密度差異最大為0.5 kg/m3，平均差異為-0.1 kg/m3，負(fù)向平均差異為-0.3 kg/m3，正向平均差異為0.4 kg/m3，證實(shí)了便攜式手持電子密度計(jì)在溫度及密度測量方面較高的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。

便攜式電子密度計(jì)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(dòng)特性實(shí)現(xiàn)密度的測量。同時(shí)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(shí)、同位測量。此外，在密度傳感中還加入了水位探測器，可自動(dòng)測量儲(chǔ)罐油水界面。經(jīng)探討，將電子密度計(jì)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(jì)的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的搭建

以某成品油儲(chǔ)備庫為例，該油庫在2012年油罐改造時(shí)參照GB/T25964-2010，以伺服液位計(jì)為主體搭載壓力變送器和多點(diǎn)平均溫度計(jì)形成混合計(jì)量系統(tǒng)，具備儲(chǔ)罐油品液位、溫度、密度和水位自動(dòng)測量功能。經(jīng)比對、調(diào)試和應(yīng)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(shí)非常大，且系統(tǒng)無法測量單點(diǎn)密度和油品密度分層，無法全面應(yīng)用于計(jì)量交接和庫存管理，對該儲(chǔ)備庫油品進(jìn)出庫作業(yè)效率和盤點(diǎn)準(zhǔn)確性有一定制約和影響。

3.1 新型自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的搭建

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

為確保現(xiàn)場安全，在不影響現(xiàn)場正常生產(chǎn)作業(yè)、不清罐、不動(dòng)火的條件下，通過上述改造方案的實(shí)施完成了自動(dòng)計(jì)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(dòng)計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)比對測試驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表2，系統(tǒng)搭建后需經(jīng)調(diào)試、比對，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)后方可正式投入使用。

表2 油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)比對測試驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

n——數(shù)據(jù)比對測量次數(shù)；初次評價(jià)n≥30，運(yùn)行中評價(jià)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(yīng)先將檢定合格且在有效期內(nèi)的儲(chǔ)罐容積表導(dǎo)入自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)服務(wù)器，再根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行界面組態(tài)和參數(shù)設(shè)置，涉及作業(yè)管理類型、儲(chǔ)罐基礎(chǔ)配置、儲(chǔ)罐計(jì)量參數(shù)、高低液位及密度報(bào)警參數(shù)以及用戶權(quán)限分級、遠(yuǎn)程診斷調(diào)試等。

3.3 系統(tǒng)驗(yàn)收

為確保該自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，經(jīng)過半年時(shí)間的人工計(jì)量與自動(dòng)計(jì)量數(shù)據(jù)比對和修正，特別對于罐底板變形、計(jì)量基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置不準(zhǔn)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(zhǔn)點(diǎn)在正常變形范圍內(nèi)帶來的數(shù)據(jù)影響。根據(jù)測試項(xiàng)目選取相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行比對測試，且比對測試設(shè)備必須經(jīng)過檢定或校準(zhǔn)，并具有有效期內(nèi)的檢定或校準(zhǔn)證書，且用于罐區(qū)使用的所有測試設(shè)備應(yīng)滿足規(guī)定的安全防爆等級要求。人工計(jì)量設(shè)備要求見表3。

表3 主要備選比對測試設(shè)備要求

在某儲(chǔ)備庫30 000 m3的立式浮頂柴油罐上加裝伺服密度計(jì)，與原伺服液位計(jì)組成新的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)，并對該儲(chǔ)罐進(jìn)行不同液位高度、不同時(shí)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(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，共計(jì)37組數(shù)據(jù)，見表4。

表4 某儲(chǔ)備庫柴油罐自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)與人工計(jì)量比對數(shù)據(jù)表

將表4的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對照表2計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)計(jì)量系統(tǒng)完全滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，后期將繼續(xù)對該系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行抽查比對，并加強(qiáng)對設(shè)備硬件及軟件的維護(hù)，確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性和有效性。

4 自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的深化應(yīng)用

4.1 監(jiān)測儲(chǔ)罐出油口密度、溫度，實(shí)現(xiàn)發(fā)油實(shí)測密度應(yīng)用

通過設(shè)置伺服密度計(jì)傳感器所處位置，使其停留在儲(chǔ)罐出油口液位高度，可實(shí)時(shí)監(jiān)測出油口附近油品密度和溫度，如傳感器經(jīng)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)校準(zhǔn)合格，其所采取的密度和溫度數(shù)值可作為該儲(chǔ)罐發(fā)油密度的計(jì)算依據(jù)。

4.2 增加密度、溫度測量點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)油品分層監(jiān)測與預(yù)警功能

該自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)結(jié)合人工計(jì)量中標(biāo)準(zhǔn)的三點(diǎn)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(diǎn)測量、多點(diǎn)測量、每米測量、指定高度測量等，可以根據(jù)儲(chǔ)罐油品具體情況選擇合適的測量方式。在實(shí)際應(yīng)用中，可以綜合考慮測量時(shí)間和油品分層情況，既保證測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，又不過多延遲測量時(shí)間并確保傳感器使用壽命，可以選擇五點(diǎn)或七點(diǎn)測量模式，當(dāng)一定時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)通過各點(diǎn)密度值間的差異自行判斷是否存在分層，并發(fā)出預(yù)警信息。

4.3 強(qiáng)化信息與資源，實(shí)現(xiàn)多功能應(yīng)用及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控功能

該自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)充分運(yùn)用數(shù)據(jù)處理和信息管理平臺軟件，實(shí)現(xiàn)計(jì)量交接和庫存管理、液位動(dòng)態(tài)監(jiān)控和異常報(bào)警、數(shù)據(jù)曲線圖趨勢分析、生成定制數(shù)據(jù)報(bào)表等基本功能。同時(shí)，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(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)提供依據(jù)。

4.4 與ERP系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)計(jì)量自動(dòng)化、信息化管理

基于ERP集成化、靈活性、開放性的特點(diǎn)，結(jié)合自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的多功能和特性，可以考慮將ERP系統(tǒng)和自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和傳輸方面實(shí)行有效集成，即將自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的原始數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)紼RP中，由ERP內(nèi)的計(jì)量數(shù)據(jù)模型自動(dòng)計(jì)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(yù)。

5 結(jié)束語

基于伺服密度計(jì)的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)混合式自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)密度測量不準(zhǔn)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(qiáng)數(shù)據(jù)比對和軟硬件維護(hù)，進(jìn)一步提高自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，通過深化應(yīng)用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量和信息化管理，能更加便捷、高效地實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)控制、物流過程控制及成本效益控制，構(gòu)筑智能供應(yīng)鏈管理。