油庫發(fā)油系統(tǒng)溫度補償技術(shù)的探討

劉 則

〔中國石油北京銷售分公司 北京 100101〕

1 概述

油庫發(fā)油定量裝車系統(tǒng)是成品油經(jīng)銷商普遍使用的發(fā)貨控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括信號控制與運算單元、計量控制單元、溫度控制單元、輸轉(zhuǎn)泵與閥門控制單元等，根據(jù)控制類型分為上位機(jī)和下位機(jī)。我國油庫的定量發(fā)油經(jīng)歷了手工發(fā)油、集中式發(fā)油控制、DCS系統(tǒng)控制和FCS系統(tǒng)控制四代。第一代，手工記賬式發(fā)油系統(tǒng)經(jīng)歷的時間較長，是完全依靠人工記賬和手動控制閥門進(jìn)行操作的方法。第二代，集中式發(fā)油控制是采用單片機(jī)或微機(jī)作為控制器，采用數(shù)字信號對所有發(fā)貨位進(jìn)行控制，由于強(qiáng)、弱點信號相互干擾，控制精度難以保障，因此被逐漸淘汰。第三代，DCS系統(tǒng)控制是以網(wǎng)絡(luò)連接的多界面計算機(jī)控制系統(tǒng)，其特點是集中管理，分散控制，缺點是控制過程復(fù)雜，成本較高，目前已基本不再被油庫使用。第四代，F(xiàn)CS系統(tǒng)控制是在DCS系統(tǒng)上利用現(xiàn)場智能儀表進(jìn)行完整數(shù)據(jù)傳輸與自動控制的新型管控模式，能夠?qū)⒁后w溫度、流量和密度信息進(jìn)行實時在線傳輸，計算機(jī)實時處理這些數(shù)據(jù)后，反饋給控制儀表進(jìn)行實時在線修正，以達(dá)到發(fā)油設(shè)置的精度要求。

油庫發(fā)油計量系統(tǒng)的溫度在線補償是確保油庫質(zhì)量發(fā)油準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。目前我國相當(dāng)一部分以容積式流量計發(fā)油的油庫，仍需以計重密度和容積式流量計數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行體積與質(zhì)量的換算。由于油品的密度與溫度有直接關(guān)系，因此，發(fā)油時實時在線溫度的測量與發(fā)貨的質(zhì)量聯(lián)系緊密，且直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)形象。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步與計量相關(guān)的法律法規(guī)的逐步完善，以及社會公眾維權(quán)意識的不斷提高，保障準(zhǔn)確計量和維護(hù)企業(yè)信譽，強(qiáng)化數(shù)量管理越來越受到企業(yè)高層的關(guān)注和重視。

2 油庫發(fā)油系統(tǒng)存在的問題與分析

目前我國成品油庫公路發(fā)油計量系統(tǒng)絕大部分采用的是容積式流量計。它以低廉的價格和成熟的技術(shù)在成品油庫得到廣泛應(yīng)用，但對用戶銷售仍以質(zhì)量為結(jié)算單位。

眾所周知，從體積到質(zhì)量的轉(zhuǎn)換受溫度、壓力、標(biāo)準(zhǔn)密度、空氣浮力等諸多因素影響，而在裝車作業(yè)時間段內(nèi)溫度會變化較大，同時油品密度的變化最為顯著（每一攝氏度油品溫度的變化對油品計重密度的影響約為萬分之七），即對公路發(fā)油的數(shù)量（重量單位）產(chǎn)生較大影響。由于目前對發(fā)油作業(yè)的管理模式及技術(shù)手段存在的不足，發(fā)貨系統(tǒng)無法在溫度條件隨時變化的情況下保證發(fā)油質(zhì)量數(shù)據(jù)的精度，容易引發(fā)糾紛，油庫的盈虧平衡也無法有效控制。

以質(zhì)量（kg）計量給客戶開據(jù)發(fā)票，又以體積（L）計量裝車的管理模式（如圖1所示），即原定量裝車管理系統(tǒng)存在以下問題。

圖1 原定量裝車管理模式

2.1 取樣點與發(fā)油位置溫度不同引起的計量差異

油庫計量員在選取的取樣點測量所得的油品溫度因位置不同會有很大差異。油罐和管道的不同區(qū)段、油罐中的不同深度不同方位的油品溫度并不相同，而且差異可能會很大。例如被陽光直射管道中的油品溫度比埋在地下管道中的油品溫度要高出很多。油庫管道從油罐到發(fā)油裝車貨位距離很長，被陽光直接照射的部分也較長，尤其是夏天，這部分管道中油品溫度會高于其他位置，那么它的計重密度和計量員取樣點的油品計重密度就有一定差別。而且，連續(xù)發(fā)油作業(yè)時管道中油品的溫度和未發(fā)油裝車時管道中的油品溫度也有一定的差異。很明顯，這種以取樣點的油品溫度來代替流經(jīng)容積流量計的油品實際溫度的方法存在一定誤差。

2.2 發(fā)油時間段的不同，由于溫度不同引起的計量差異

由于一天之中，環(huán)境溫度在不斷變化，造成實際發(fā)油作業(yè)時的油品溫度和計量員測量、計算計重密度時的溫度不一樣。兩者溫差越大，由此產(chǎn)生的誤差也就越大。

以在某個固定時間點、在某個取樣點檢測到的油品溫度來替代實際發(fā)油過程中流過流量計的油品溫度，會有較大差別。例如兩者的溫度差為5℃，把容積流量計的讀數(shù)換算成質(zhì)量，產(chǎn)生的實際誤差將超過千分之三，超出了國家標(biāo)準(zhǔn)允許的誤差。

3 車用汽油、車用柴油發(fā)油系統(tǒng)的技術(shù)改進(jìn)措施

針對以上問題，對車用汽、柴油發(fā)油系統(tǒng)的解決方案為：一是采用質(zhì)量流量計替代容積式流量計。由于質(zhì)量流量計價格較高，采用這種方式需要大量的資金投入，定期的檢定費用也比較高，同時也給內(nèi)部以體積交接的方式帶來問題；二是采用溫度補償技術(shù)，實時采集流經(jīng)流量計的油品溫度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)密度計算當(dāng)前的油品計重密度，然后將容積式流量計的容積量轉(zhuǎn)換成質(zhì)量，進(jìn)行累計。這種方式非常經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)有的設(shè)施基本不需要改動，只要定量發(fā)油儀中的軟件處理方法得當(dāng)，完全能保證定量裝車的精度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，滿足實際應(yīng)用。

3.1 增加溫度變送器

溫度變送器安裝在流量計的附近，由溫度變送器檢測到的油品溫度就能較為真實地反映流過流量計的油品溫度。在選擇溫度變送器時要根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，盡可能選擇量程范圍小的產(chǎn)品，以保證溫度測量的準(zhǔn)確性。例如，當(dāng)?shù)厝隃囟茸兓癁椋?0～40℃，選擇溫度變送器的量程范圍宜為 －15～50℃。

3.2 將油品標(biāo)準(zhǔn)密度數(shù)據(jù)庫軟件置入定量發(fā)油系統(tǒng)

定量發(fā)油系統(tǒng)應(yīng)有《石油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)密度表》或者《產(chǎn)品體積修正系數(shù)表》，以便根據(jù)溫度變送器檢測到的溫度和標(biāo)準(zhǔn)密度實時計算當(dāng)前的計重密度，將累計的體積數(shù)換算成質(zhì)量。

3.3 定量發(fā)油系統(tǒng)質(zhì)量計算原理

定量裝車系統(tǒng)要根據(jù)溫度變送器檢測到的實時在線溫度和標(biāo)準(zhǔn)密度，按以下公式計算：

式中：m——油品結(jié)算質(zhì)量（商業(yè)質(zhì)量）；

Vt——計量溫度下的體積（通常為流量計測量視體積）；

VCF20——計量溫度下的油品體積修正到標(biāo)準(zhǔn)體積的體積修正系數(shù)；

ρ20——油品的標(biāo)準(zhǔn)密度；

F——空氣浮力修正系數(shù)。

4 乙醇汽油發(fā)油系統(tǒng)的溫度補償措施

乙醇汽油發(fā)油系統(tǒng)不同于汽柴油發(fā)油系統(tǒng)，主要區(qū)別在于乙醇汽油發(fā)油是乙醇汽油組分油與變性燃料乙醇兩組分的實時在線調(diào)和。發(fā)油系統(tǒng)要實時控制組分油管路及變性燃料乙醇管路的溫度、流量、流速等相關(guān)參數(shù)，通過計算機(jī)的運算與控制，使調(diào)和后的乙醇汽油符合國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

按照《車用乙醇汽油（E10）》國家標(biāo)準(zhǔn)要求，乙醇汽油中乙醇的含量（體積分?jǐn)?shù) %）在10.0±2.0，成品油庫的乙醇汽油均采用在線調(diào)配工藝，也就是變性燃料乙醇和組分油有各自的儲罐、各自的管道，定量裝車時在鶴管出口前混合后裝入槽車。這就要求在變性燃料乙醇和組分油兩路管線上各自加裝溫度變送器，分別進(jìn)行溫度補償。但這會出現(xiàn)一個問題，即預(yù)裝量是質(zhì)量，乙醇比例是體積比，由于變性燃料乙醇和組分油的密度相差比較大，裝車結(jié)束時既要保證體積比在國家標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，又要保證乙醇汽油的總質(zhì)量準(zhǔn)確。考慮到發(fā)油過程中組分油和變性燃料乙醇的溫度在不斷變化，變性燃料乙醇和組分油的計重密度也在不斷變化，裝車系統(tǒng)在保證體積比例和發(fā)油總質(zhì)量兩個方面容易顧此失彼，控制方法有一定難度。

為同時解決發(fā)油總質(zhì)量和嚴(yán)格控制變性燃料乙醇的體積調(diào)和比例問題，必須在發(fā)油系統(tǒng)中確認(rèn)變性燃料乙醇的調(diào)和體積分?jǐn)?shù)（%）10.0±2.0是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積。以此為基礎(chǔ)，將以質(zhì)量為單位的乙醇汽油總預(yù)裝量在裝車開始之前轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)體積，然后按照設(shè)定的乙醇和組分油各自的比例分解為乙醇和組分油各自的預(yù)裝量，這樣乙醇汽油的溫度補償方案就簡化成為兩個單品種油品的溫度補償?？梢哉嬲龑崿F(xiàn)車用乙醇汽油的在線定量裝車。

按照這種方法筆者嘗試了在線調(diào)和20 t車用乙醇汽油的應(yīng)用實驗，在乙醇汽油組分油裝車時總溫度變化為2℃，變性燃料乙醇裝車時總溫度變化為1.5℃的情況下，調(diào)和后的車用乙醇汽油（E10）中乙醇含量（體積分?jǐn)?shù)）為9.6%，完全符合車用乙醇汽油國家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 討論

以容積式流量計作為計量檢測儀表的汽、柴油公路發(fā)油計量系統(tǒng)，在考慮裝車流速、流量、密度等信息的同時也要一并考慮溫度的在線測量，要將溫度的影響因素充分考慮到發(fā)油數(shù)量中，只有這樣，油庫發(fā)油數(shù)量才能確保公正、準(zhǔn)確。發(fā)油量較大的油庫才能做到實發(fā)數(shù)、罐發(fā)數(shù)和ERP提單數(shù)三核對數(shù)據(jù)的一致性。

以容積式流量計作為計量檢測儀表的車用乙醇汽油公路發(fā)油計量系統(tǒng)，由于該發(fā)油系統(tǒng)屬于多組分調(diào)和，在考慮裝車流速、流量、密度等信息的同時，還必須考慮變性燃料乙醇和組分油各自管道中的實時溫度測量及兼顧乙醇的調(diào)和比例。乙醇汽油定量發(fā)油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在原料變更、季節(jié)變化及控制設(shè)備維修更換后，要按照工藝流程重新對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)校，防止出現(xiàn)調(diào)和后車用乙醇汽油中乙醇含量的不合格，造成產(chǎn)品質(zhì)量事故。

[1]中國石油化工總公司石油化工科學(xué)研究院.GB／T 1885—1998石油計量表——產(chǎn)品部分[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[2]中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院.GB18351—2017車用乙醇汽油[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017