加油站儲油罐容積表集中校正系統的研究與應用

景仲林

(甘肅華興石油工程有限責任公司,甘肅 蘭州 730030)

近年來,為順應成品油銷售企業精細化和智能化管理的需要,作為油品業務管理的重要環節,油品數量管理成為科技創新和新技術應用的主攻方向,特別是對作為加油站計量管理、庫存管理以及埋地儲油罐交接的重要依據——容積表的準確度,提出了更高的要求。通過新技術的應用,改善了原來低效、高成本的埋地儲油罐容積的校正方法。

目前,加油站埋地臥式儲油罐在日常使用過程中,由于油品的頻繁收發作業、溫度變化以及油罐本身承受的靜壓力等因素,導致油罐常會發生形變等問題,造成依據原始油罐容積表計算出的油品數量與罐內實際油品數量產生差異,從而給加油站油品管理和交接帶來不便,是加油站管理中最突出的問題之一。JJG 266—2018《臥式金屬罐容量》要求: 臥式罐首次檢定一般不超過2 a,后續檢定一般不超過4 a。對埋地臥式諸油罐,傳統校準采用容量比較法和幾何測量法,都需要人工操作,并且在檢定過程中需要被檢定的油罐停止使用甚至清罐處理。檢定工作費時費力且影響經營,檢定準確度受人為因素影響大。

1 罐容積校正系統架構和核心算法

目前,大多數埋地儲油罐容積表校正系統基于油槍付油進行容積標定,都是針對單個油罐進行單次校正,無法獲取連續收付油數據,所以無法以大數據為基礎、從油罐全生命周期動態地監控油罐容積的變化過程。對于加油站埋地儲油罐數量較多、油品交接及數量管理要求較高的企業,需要1套能自動校正與驗證、預警式智能提醒、直觀展示且集中校罐的系統。

目前,標定加油站埋地臥式儲油罐容積表的方法有: 幾何測量法,比如JJG 266—2018中提到的外側法和內側法;容量法,包括標準容器容量法,流量計容量法;加油機付油數據擬合法,比如插值擬合法。

1.1 系統架構

某銷售公司有4.4×103余座加油站埋地儲油罐,面對庫存計量、與運輸公司等第三方的貿易交接糾紛等問題,迫切需要進行罐容積表校正,及時發現存在計量誤差的儲油罐。因此,研發了基于 “中心”的集中罐容積表校正系統。

該系統基于“油站端-中心端”兩級架構,系統架構如圖1所示。油站端實現相關設備參數的采集、罐容積表校正程序的運行、站端結果的展示,并與中心端進行數據交互;中心端核心功能是分析油站端發來的數據并運行預警算法,將分析結果集中展示,便于業務人員分析校罐的結果。

圖1 罐容積表系統架構示意

1.2 核心算法

該系統的核心算法有數據處理和罐容積表校正與評價兩部分。研發了校罐邊緣終端設備,即智能物聯網設備,獲取加油機(含油槍溫采儀)和液位儀的實時數據,通過數據處理算法對不滿足校罐的數據進行預處理,然后經罐容積表校正與評價算法生成新罐容積表。核心算法工作原理如圖2所示。

圖2 核心算法工作原理示意

1.2.1數據處理算法

數據處理算法主要包括時序匹配、穩態集合和無效數據過濾等處理過程。

1)時序匹配。一座油罐對應多個加油槍,將油槍和罐的關系預先配置,按照時序關系,數據預處理模塊會將每筆交易發生前(提槍前),交易后(提槍后)的時間點的油罐數據做合并,形成一個按照時序匹配后的交易明細。

2)穩態集合。單筆加油槍付油量平均為30～50 L,相較于油罐液位下降高度,考慮液位儀計量精度,會引入較大的誤差風險。為避免該問題,通過多筆付油記錄集合的方式會更有效。判斷當時關聯的油罐數據是否是穩態數據時,需要考慮“抬/掛槍時是否有其他加油槍加油”或“加油時是否有油罐卸油”的情況。如果有其他加油槍在加油或在卸油過程中加油,說明油罐的液位有波動,則匹配的當時的油罐液位高度、體積(20 ℃)均不能作為穩態數據。通過多筆交易集合且為穩態數據時,可以得出系統可用的穩態集合。

3)無效數據過濾。有些付油數據由于在獲取的過程中發生意外波動,導致穩態交易集合中加油機付油量和油罐出油量差異過大,該種穩態交易集合應當作為無效數據過濾掉;還有一些情況包括油罐正在卸油的情況,加油交易記錄缺失的情況,系統都會作為無效數據過濾掉。

1.2.2罐容積表校正與評價算法

該算法是基于廣度優先遍歷進行區間修正的原理(專利號: CN115979388A),主要包括罐容積表區間調整子算法和罐容積表評價子算法。

1)罐容積表區間調整子算法。根據獲取的穩態集合數據,包括油槍付油量、對應油罐液位起始高度(所有付油量需根據溫度系數換算成20 ℃時的體積),將所有穩態集合按照油罐液位下降高度范圍求交集,得到一系列最小不相交的高度區間,以此獲取臨時罐容積表;根據新獲取的穩態集合持續調整油罐相應高度區間對應的體積,比如原來該高度區間的體積為V,差異率是e,那么調整后該高度區間的體積就變成V(1+er),其中,r是一個調整步長比例系數。

2)罐容積表評價子算法。針對所有的穩態集合數據,根據罐容積表區間調整子算法中獲得的罐容積表,通過代入穩態集合的起始液位高度,可以得到相應的開始和結束的體積;進一步根據溫度系數算出開始和結束的體積(20 ℃),兩者相減算出該罐容積表對應的油罐的發油量(20 ℃時的體積),對比穩態集合數據中的發油量,進一步算出差異率;根據獲得的所有集合的差異率,進一步計算所有穩態集合差異率的絕對值的平均值及方差;換算成該罐容積表的擬合得分,擬合得分設置為(1-差異率的絕對值的平均值)×100%+方差。假設油罐液面的2個平穩高度(無加油正在進行)為h1,h2。液位從h1降到h2的過程中,所有相連加油槍總的發油量與油罐的實際出油量應該相等。

2 罐容積校正系統功能

該系統包含校罐總覽模塊、在用罐容積表分析模塊、校罐過程管理模塊。

2.1 校罐總覽模塊

登錄該系統后,在登錄界面上可以查看系統權限下所有正在校正的油罐的總體信息,如加油站編號、罐號、校罐起止日期等。

2.2 在用罐容積表分析模塊

在用罐容積表分析模塊對正在使用的各加油站埋地儲油罐容積表(導入或經過系統校正后啟用的)進行自動分析,包括罐容積表分析和誤差分析兩部分。

2.2.1罐容積表分析

該系統自動對該公司所有在用油罐進行自動監測,對存在計量偏差的油罐預警并設置為待校油罐。業務人員可以預分析待校油罐的信息,包括采集油罐基本信息,并分析油罐數據,為校正罐容積表做準備。

2.2.2誤差分析

在用罐容積表分析模塊誤差分析內容如下:

1)埋地儲油罐收油后,根據如下相關指標進行分析:

a)收油誤差分析。對比期間所有的收油記錄在用罐容積表中的誤差情況。

b)收油誤差區段分析。根據油罐的每個發油輪次的不同分區段的誤差級別進行分析,便于跟蹤誤差。

c)累計誤差曲線分析。分析所有區段累計誤差,從更大區間分析誤差所在位置。

d)每筆收油誤差詳情分析。分析每筆收油的開始和結束對應的體積和實收之間的誤差率。

2)通過加油槍付油,根據所取得穩態集合對罐容的影響,分析以下相關指標:

a)付油誤差分析。系統將對比期間所有的該罐付油與在用容積表中的誤差情況。

b)不同高度區間的誤差分析。分析不同區段的誤差級別,更便于跟蹤誤差。

c)累計誤差曲線分析。根據付油數據統計從起始液位到當前液位累計的誤差值,即累計加油機發出量減去累計油罐發出量。

d)不同高度區間誤差的匯總及明細。通過采集到的不同液位高度區間的付油穩態集合,對于分析區間誤差很有價值。

2.3 校罐過程管理模塊

罐容積表校正的全過程管理包括: 加油站及其所屬油罐的基本信息、油槍與油罐的對應關系、各校正油罐的對應油槍付油誤差以及校罐任務等。

2.3.1校罐前準備

校罐前的準備內容如下:

1)加油站及其油罐的基本信息管理。包括加油站基本信息,如站名、站點編碼、所屬分公司、地理位置等;所屬油罐信息,如最大罐容、豎直徑、油品、對應油槍及數量等。

2)原始罐容積表導入及歷史罐容積表查詢。為了便于分析在用罐容積表或校罐比對,可以在系統中導入對應油站的某個罐容積表;查詢對應油罐在系統中啟用或導入的一個或多個罐容積表的歷史情況。

3)油槍油罐關系管理。系統中可以維護并查看油槍與油罐的對應關系。

4)油槍付油檢定誤差管理。為了保證罐容校正的精確性,需要將待校油罐所關聯油槍的當前最新的檢定誤差導入系統,該數據會參與新罐容積表的計算。

5)回罐油管理。對于因油槍計量檢定等原因導致的回罐油,為了避免罐容校正出現偏差,需要在系統中進行維護。

2.3.2罐容積表校正

罐容積表校正內容如下:

1)創建校罐任務。根據系統預警或人工創建校罐任務,該任務會自動完成校罐工作并分析結果。

2)分析校罐結果。每個校罐任務完成后,均可通過以下相關指標進行分析,如沒有導入在用罐容積表或系統第一次生成新罐容積表,則分析中沒有在用罐容積表的信息:

a)在用罐容積表和新罐容積表對比圖。根據罐容積表每10 mm刻度上的容積差繪制的折線圖,每10 mm對應的絕對體積減去上一個10 mm的絕對體積。為了提高精度,刻度值也可以設置為1 mm。

b)新罐容積表和在用罐容積表收油和付油分析。統計油槍付出量和油罐發出量的差異率的分布,對比新容積表和在用容積表的差異率情況。

c)收付油驗證詳情。可觀察每筆收付油對應到新罐容積表和在用罐容積表的詳細信息,如液位數據、差異數據等。

d)新罐容積表和在用罐容積表累計誤差曲線。根據付油數據統計從起始液位高度到當前液位高度累計的誤差值,分別代入新罐容積表和在用罐容積表計算累計誤差并對比。

3)生成校罐報告。每個校罐任務完成后,系統自動生成校罐報告,主要內容包括: 油罐基本情況分析,原始罐容的誤差分布詳情、區間差異及校正過程等,付油驗證和收油驗證。

4)啟用新罐容積表。已完成的校罐任務,根據校罐驗證結果可以手工啟用新容積表,并將該表作為系統在用容積表。新容積表作為該罐的基礎,系統根據后續新的收付油等數據繼續監控該容積表的準確性和誤差率,對于超過誤差的情況進行預警,開始新一輪的校正工作。

3 系統應用情況

自2020年起,結合該公司的實際情況,組建了軟件設計與開發、加油站數質量管理等方面的技術團隊,在完善系統功能的同時邊研發邊應用,使罐容積表校正的精準度逐步提升。直到2022年上半年基于“中心”模式的集中校罐已全部實現,罐容積表校正的總體準確度也從2020年系統研發之初的3‰～5‰降低到目前的低于2‰。

試點應用階段無論是數據采集準確度、數據穩定性及完整性均得到實踐的驗證,完全可以達到罐容積表校正的結果。在此期間,為了達到罐容積校正對數據準確性和及時性的要求、連接了油槍溫采儀等設備,通過加油站端的校罐邊緣終端,可以避免站級與中心網絡中斷導致的數據不完整,同時也可以在站端完成罐容積表校正的核心算法,僅將中間結果上送至中心端,從而大幅降低了集中校罐模式下對中心服務器的性能依賴。

4 結束語

根據中國石油天然氣股份有限公司“十四五”信息發展規劃和企業數字化轉型規劃,對成品油銷售企業的油品數質量管理提出更高的創新要求,結合企業精細化管理要求,該公司將繼續推進埋地儲油罐容積表校正系統在本地及其他地區的推廣應用工作,并進一步研究通過油罐出油量對加油槍進行反向標定,以推測加油槍的付油誤差,持續進行創新。