基于液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的加油站油品計重密度研究與應用

何家惠,曾勇昭，黃闖

(中國石化銷售股份有限公司 廣西石油分公司，廣西 南寧 530021)

中國油品進貨(結(jié)算體制)是按質(zhì)量進行財務(wù)結(jié)算，而加油站零售是按體積和體積單價進行油品銷售，銷售油品的體積數(shù)必須通過計重密度換算為成品油質(zhì)量后記賬，計重密度的準確性將直接影響加油站油品質(zhì)量損溢。由于市場上加油站自動計量油品密度的設(shè)備普遍價格昂貴，在加油站全面推廣應用成本較高，加油站基本沒有安裝密度測量設(shè)備，目前主要采取油庫出庫油品加權(quán)平均計重密度或取部分加油站加權(quán)平均計重密度作為加油站計重密度。但直接以油庫出庫油品加權(quán)平均計重密度作為加油站計重密度，沒有考慮加油站實際銷售時的溫度變化影響，誤差較大；取部分加油站加權(quán)平均計重密度作為加油站計重密度因選取站點少代表性不夠，誤差較大，且人工每天測量庫存油品密度勞動強度大。因此，迫切需要一種經(jīng)濟實用、科學合理、便于推廣應用的計重密度取數(shù)方法，減少加油站虛假損溢。

1 計量名詞術(shù)語及定義

加油站出庫油品計量計重密度取數(shù)方法涉及的計量名詞術(shù)語及定義[1]如下：

1)計量體積(Vt)： 儲油容器或管線內(nèi)的油品在計量時的溫度下的油品體積，m3或L。

2)標準體積(V20)： 在標準溫度20 ℃下的體積，m3或L。

3)標準溫度： 確定某些隨溫度而變化的物理量時選定的一個參考溫度。國內(nèi)規(guī)定20 ℃為標準溫度。

4)計量溫度(t)： 儲油容器或管線內(nèi)的油品在計量時的溫度， ℃。

5)試驗溫度(t′)： 在讀取密度計讀數(shù)時的液體試樣溫度， ℃。

6)標準密度(ρ20)： 在標準溫度20 ℃下的密度，kg/m3或g/cm3。

7)視密度(ρ′20)： 在實驗溫度下，玻璃密度計在液體試樣中的讀數(shù)，kg/m3或g/cm3。

8)體積修正系數(shù)(VCF)： 油品在標準溫度下的體積與其在非標準溫度下的體積之比(VCF=V20/Vt)。

2 測量原理

2.1 油品混合理論標準密度計算

2.1.1 兩種不同密度的油品相混合理論標準密度計算

兩種不同密度的油品相混合，混合后的理論標準密度ρ20計算如式(1)所示[2]：

(1)

2.1.2 兩種以上不同密度的油品相混合理論標準密度計算

根據(jù)式(1)，可引申出兩種以上不同密度的油品混合后的理論標準密度ρ20計算如式(2)所示：

(2)

2.2 油品計重密度計算

2.2.1 油品質(zhì)量計算

由于質(zhì)量是在真空中稱量得到的，而成品油在實際貿(mào)易中是在空氣中進行的，會受到額外空氣浮力影響，因此在計量油品數(shù)量時，應修正空氣浮力，將標準密度減去空氣浮力后修正值為1.1 kg/m3， 再乘以標準體積就得到油品在空氣中的質(zhì)量(商業(yè)質(zhì)量)。油品商業(yè)質(zhì)量m計算如式(3)所示[3]：

m=V20(ρ20-1.1)

(3)

2.2.2 油品的標準體積計算

油品的標準體積計算如式(4)所示[3]：

V20=Vt·VCF

(4)

2.2.3 油品質(zhì)量計算公式轉(zhuǎn)化

結(jié)合油品質(zhì)量和標準體積計算公式可將油品質(zhì)量公式寫成如式(5)所示：

m=Vt·VCF(ρ20-1.1)

(5)

VCF(ρ20-1.1)是油品在計量溫度下的空氣中的密度(計重密度)，VCF可以根據(jù)ρ20和t查GB/T 1885—1998《石油計量表》得到[4]。加油站加油機發(fā)油體積是計量溫度下的體積，乘以油品計重密度即可得到油品質(zhì)量，因而只要知道了油品計重密度就可以計算油品質(zhì)量，用于計量賬務(wù)管理。

3 基于液位儀大數(shù)據(jù)計算油品計重密度

3.1 加油站液位儀大數(shù)據(jù)取數(shù)

筆者所在單位油庫發(fā)油每一單油品在加油站液位儀系統(tǒng)中均記錄有油品的原發(fā)標準密度，油品經(jīng)油罐車運輸?shù)郊佑驼荆ㄟ^液位儀系統(tǒng)自動計量地罐交接，自動計算出卸油前罐存油品標準體積和地罐實收油品的標準體積。該系統(tǒng)每小時自動計量加油站罐存油品的存量和溫度，可計算出罐存油品每小時罐存變化量。液位儀大數(shù)據(jù)取數(shù)計算計重密度數(shù)據(jù)源如圖1所示。

圖1 液位儀大數(shù)據(jù)取數(shù)計算計重密度數(shù)據(jù)源示意

3.2 加權(quán)平均標準密度計算

通過加油站液位儀系統(tǒng)記錄的卸油前罐存油品標準體積、地罐實收油品的標準體積、原發(fā)標準密度和罐存油品標準密度(初始罐存油品的標準密度可通過手工計量得到，后續(xù)以上一次加權(quán)平均標準密度替代)，依據(jù)混合后理論標準密度公式計算出加油站罐存油品的加權(quán)平均標準密度。

3.3 加權(quán)平均計量溫度計算

根據(jù)加油站液位儀系統(tǒng)罐存油品每小時罐存變化量和每小時的計量溫度計算罐存油品的加權(quán)平均計量溫度。

3.4 油品計重密度計算

計算出罐存油品加權(quán)平均標準密度和加權(quán)平均計量溫度后，加權(quán)平均標準密度和加權(quán)平均計量溫度可根據(jù)文獻[4]查得VCF，再根據(jù)公式VCF(ρ20-1.1)計算出油品計重密度。

4 油品混合標準密度比對實驗

4.1 實驗室小樣比對

4.1.1 兩種不同標準密度的油品混合實驗

1)兩種不同標準密度車用柴油的混合實驗。實驗選取兩種不同標準密度的0號車用柴油(Ⅵ)進行混合，充分攪拌均勻后測量油品的視密度、試驗溫度、計量溫度、計量體積。兩種不同標準密度的0號車用柴油(Ⅵ)分別編號為1號油樣和2號油樣，實驗數(shù)據(jù)見表1所列，后續(xù)實驗環(huán)境溫度均為26.6 ℃。

表1 兩種不同標準密度的柴油混合實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)兩種不同標準密度的油品混合后的理論標準密度計算兩個柴油油樣混合后的理論標準密度為834.2 kg/m3。因此，經(jīng)實驗測量和理論計算得出，兩種不同標準密度混合的柴油油樣測量實際標準密度與理論計算得出的標準密度差值為0.1 kg/m3。

2)兩種不同標準密度車用汽油的混合實驗。實驗選取兩種不同標準密度的95號車用汽油(Ⅵ)進行混合，充分攪拌均勻后測量油品的視密度、試驗溫度、計量溫度、計量體積。兩種不同標準密度的95號車用汽油(Ⅵ)分別編號為1號油樣和2號油樣，實驗數(shù)據(jù)見表2所列。

表2 兩種不同標準密度的汽油混合實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)兩種不同標準密度的油品混合后的理論標準密度，計算兩個汽油油樣混合后的理論標準密度為744.3 kg/m3。因此，經(jīng)實驗測量和理論計算得出，兩種不同標準密度混合的汽油油樣測得的實際標準密度與理論計算得出的標準密度差值為0.2 kg/m3。

4.1.2 兩種以上不同標準密度的油品混合實驗

1)兩種以上不同標準密度車用柴油的混合實驗。實驗選取10種不同標準密度的0號車用柴油(Ⅵ)進行混合，充分攪拌均勻后測量油品的視密度、試驗溫度、計量溫度、計量體積。10種不同標準密度的0號車用柴油(Ⅵ)分別編號為1號～10號油樣，實驗數(shù)據(jù)見表3所列。

表3 兩種以上不同標準密度的柴油混合實驗數(shù)據(jù)

續(xù)表3

根據(jù)兩種以上不同標準密度的油品混合后的理論標準密度，計算柴油油樣混合后的理論標準密度為834.6 kg/m3。因此，經(jīng)實驗測量和理論計算得出，10種不同標準密度混合的柴油油樣測得的實際標準密度與理論計算得出的標準密度差值為0.2 kg/m3。

2)采用同樣方法實驗兩種以上不同標準密度車用汽油的混合實驗，實驗數(shù)據(jù)見表4所列。

表4 兩種以上不同標準密度的汽油混合實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)兩種以上不同標準密度的油品混合后的理論標準密度計算汽油油樣混合后的理論標準密度得743.4 kg/m3。因此，經(jīng)實驗測量和理論計算得出，10種不同標準密度混合的汽油油樣測量實際標準密度與理論計算得出的標準密度差值為0.3 kg/m3。

4.1.3 測量不確定度分析

(6)

3)石油密度計傾斜引入的不確定度u3。石油密度計檢定時干管與液面間垂直偏差不大于0.1個分度值[5]，SY-05型石油密度計傾斜引入誤差的區(qū)間半寬a=0.1×0.5=0.05 kg/m3，其不確定度符合三角分布。

4)溫度對石油密度計引入的不確定度u4。石油密度計檢定時液溫與室溫之差不大于5 ℃，且玻璃體膨脹系數(shù)因材料原因存在2×10-6/℃的不確定度[5]，因而對石油密度計示值的不確定度為

u4=ρ20×5×2×10-6≈0.01(kg/m3)

5)合成不確定度uc：

6)擴展不確定度U：

U=k×uc=0.34 kg/m3≈0.3 kg/m3,k=2

4.2 油品計重密度應用實例

4.2.1 加油站計重密度比對實驗

為論證計重密度在加油站實際應用的可行性，筆者在單位所屬的8座加油站的95號車用汽油(Ⅵ)和0號車用柴油(Ⅵ)進行現(xiàn)場實驗比對。通過加油站液位儀系統(tǒng)卸油前罐存油品標準密度、罐存油品標準體積、油庫原發(fā)標準密度、地罐實收標準體積計算混合后的理論標準密度，結(jié)合加油站液位儀測量罐存溫度計算計重密度，并與現(xiàn)場手工計量計重密度進行對比。比對誤差如圖2和圖3所示。

圖2 95號車用汽油(Ⅵ)計重密度實驗比對誤差示意

圖3 0號車用柴油(Ⅵ)計重密度實驗比對誤差示意

經(jīng)現(xiàn)場實驗比對，通過加油站卸油前罐存油品標準密度、罐存油品標準體積、油庫原發(fā)標準密度、地罐實收標準體積以及液位儀測量罐存溫度計算油品的計重密度與手工計量計重密度誤差在±0.5 kg/m3范圍內(nèi)，計重密度在加油站實際應用可行。

4.2.2 加油站盤點零售損耗計算

加油站每月盤點，通過盤點了解加油站油品質(zhì)量損溢情況。期末庫存量即為下期的期初庫存量，可以通過現(xiàn)場手工計量計算得到期初庫存量和期末庫存量的油品質(zhì)量；油庫發(fā)油按質(zhì)量發(fā)貨到加油站，加油站計量賬務(wù)上記錄期內(nèi)購進量的質(zhì)量；期內(nèi)出庫量的質(zhì)量可以通過加油機銷售的計量體積乘以計重密度得到。加油站油品質(zhì)量損耗計算如式(7)所示：

油品損耗量=期初庫存量+期內(nèi)購進量-
期內(nèi)出庫量-期末庫存量

(7)

4.2.3 計重密度在加油站賬務(wù)管理應用實例

筆者所在單位某地市公司在營加油站85座，原來是選取了10座加油站每天上午、下午各手工計量一次油品計重密度，然后以取數(shù)站點測得的計重密度算術(shù)平均值作為當天銷售油品的計重密度。部分站點取數(shù)計算的計重密度因選取站點少代表性不夠，誤差較大，且人工每天測量庫存油品密度勞動強度大。以2020年3月1—5日95號車用汽油(Ⅵ)計重密度為例對比分析，比對數(shù)據(jù)見表5所列。

表5 液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計算與部分站點取數(shù)計算計重密度對比

由表5可知，該地市公司2020年3月1—5日部分站點取數(shù)計算計重密度比液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計算計重密度偏小2.4～4.8 kg/m3，計重密度誤差較大，造成該地市公司95號車用汽油(Ⅵ)在ERP系統(tǒng)加油站零售油品質(zhì)量損溢率為0.06%，ERP系統(tǒng)加油站零售質(zhì)量損溢率與加油站零售管理系統(tǒng)零售實際升數(shù)損溢率-0.02%差異較大，造成虛假虧損。

該地市公司從2020年3月6日開始啟用液位儀系統(tǒng)對每座加油站大數(shù)據(jù)計算計重密度，當月盤點95號車用汽油(Ⅵ)ERP系統(tǒng)加油站零售質(zhì)量損溢率為-0.02%，加油站零售管理系統(tǒng)零售升數(shù)損溢率為-0.01%，質(zhì)量損溢和升數(shù)損溢水平相當，液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計算計重密度取數(shù)代表性更好、計重密度準確性更高，有效減少油品虛假損溢。

4.2.4 加油站零售配送提油密度監(jiān)控

零售配送提油以“噸”計量，加油站零售配送從加油機發(fā)油，需通過手工計量計重密度計算發(fā)油質(zhì)量，密度系統(tǒng)上線之前難以監(jiān)控零售配送計重密度準確性，存在一定計量風險。通過加油站液位儀系統(tǒng)記錄的每一單油品出庫標準密度、數(shù)量與加油站庫存油品標準密度、數(shù)量可計算得到加油站油品的加權(quán)平均標準密度。根據(jù)罐存油品加權(quán)標準密度和零售配送提油時罐存油品溫度可計算出油罐油品實時的計量密度，實現(xiàn)遠程后臺監(jiān)控零售配送計重密度準確性，降低計量風險，為經(jīng)營管理服務(wù)。

5 結(jié)束語

經(jīng)測量原理論證，建立了基于加油站液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計算加油站油品計重密度的方法，標準密度比對實驗汽油和柴油的最大標準密度差值為0.3 kg/m3，擴展不確定度為0.3 kg/m3(k=2)；加油站計重密度比對實驗汽油和柴油的計重密度誤差均在±0.5 kg/m3范圍內(nèi)。經(jīng)實驗比對數(shù)據(jù)和應用實例表明，基于加油站液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計算加油站油品計重密度用于加油站銷售質(zhì)量計算和零售配送計重密度監(jiān)控，不僅取數(shù)代表性好、準確性高、時效性強，而且可減少加油站油品虛假損溢，降低計量風險，勞動強度大幅降低，值得推廣應用。