基于API重度實(shí)現(xiàn)原油質(zhì)量和體積的精確換算

郝晨新，馬德起，劉志超，巫開(kāi)彬

天津海關(guān)化礦金屬材料檢測(cè)中心（天津 300457）

0 引言

API 重度的全稱是American Petroleum Institute Gravity(API Gravity)，美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）制訂其用于度量原油密度，從而表征原油質(zhì)量的一個(gè)物理量。世界上各油田生產(chǎn)的各類(lèi)原油的API 重度在10～70（無(wú)量綱）。API 重度主要用處是對(duì)原油分類(lèi)，見(jiàn)表1[1]。

表1 原油分類(lèi)表

國(guó)際市場(chǎng)原油計(jì)量單位一般采用容積單位“美桶（Barrels 縮寫(xiě)為bbls）”。由于不同品種的原油密度不同，每桶對(duì)應(yīng)的噸數(shù)也有所不同。通過(guò)研究API 重度的定義，結(jié)合溫度、密度、相對(duì)密度等物理量，可以得到噸、桶之間的換算關(guān)系，最終得到精確換算公式。

傳統(tǒng)噸桶換算方法：通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得觀察密度，查表轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)密度；再通過(guò)石油計(jì)量表[2]中的溫度查詢對(duì)應(yīng)的體積修正系數(shù)，結(jié)合觀察體積計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)體積，再通過(guò)溫度和美桶的體積系數(shù)轉(zhuǎn)為桶數(shù)，最后由標(biāo)準(zhǔn)密度、標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)算出原油重量。該方法查表步驟繁瑣，增加原油計(jì)量時(shí)間，工作效率低下。

溫度和密度兩個(gè)參數(shù)都是影響原油質(zhì)量和體積計(jì)算的關(guān)鍵因素，給日常換算帶來(lái)難度，而且修約位數(shù)的取舍也給差異比對(duì)帶來(lái)困難。由于API 重度值具有了溫度和密度的雙重信息，使得換算由兩個(gè)參數(shù)變?yōu)橐粋€(gè)參數(shù)，降低了原油質(zhì)量和體積換算的難度，3 種換算方法示意圖如圖1 所示。

圖1 3種噸/美桶換算方法示意圖

1 API重度

1.1 API重度與相對(duì)密度之間的關(guān)系

美國(guó)石油學(xué)會(huì)API 手冊(cè)11.1 章表3 中給出了API重度的計(jì)算公式[3]，60 ℉溫度下關(guān)系式為：

式中：°API 為60 ℉的API重度；ρ相對(duì)為60 ℉的原油相對(duì)密度。

式（1）中既包括原油相對(duì)密度值，同時(shí)給出了溫度條件為60 ℉。

1.2 相對(duì)密度與密度之間的關(guān)系

相對(duì)密度是指物質(zhì)的密度與參考物質(zhì)的密度在各自規(guī)定的條件下之比，符號(hào)為ρ相對(duì)，無(wú)量綱量。一般參考物質(zhì)為空氣或水。在60 ℉下，通過(guò)已知的API 重度、相對(duì)密度、水的密度，即可計(jì)算出原油密度；反之，得到密度、水的密度及相對(duì)密度，也能計(jì)算出API重度。

由SN/T 4432—2016 標(biāo)準(zhǔn)取15.56 ℃，密度為0.999 016 g/cm3。根據(jù)攝氏度與華氏度換算公式：

60 ℉換算成攝氏度，結(jié)果與15.56℃最為接近，故水的密度計(jì)算取0.999 016 g/cm3。

1.3 API重度與密度之間的關(guān)系

經(jīng)過(guò)推導(dǎo)驗(yàn)算，得到60 ℉下API重度和密度之間的關(guān)系式為:

2 美桶與噸之間的換算

2.1 體積與質(zhì)量之間的關(guān)系

當(dāng)前原油貿(mào)易計(jì)算中，國(guó)內(nèi)主要以“噸”來(lái)計(jì)量，國(guó)外主要以“美桶”來(lái)計(jì)量。為得知某票原油貨物的質(zhì)量，檢驗(yàn)人員會(huì)通過(guò)多種檢測(cè)方式計(jì)量該貨物的視體積及視密度，通過(guò)“原油標(biāo)準(zhǔn)密度表”換算成標(biāo)準(zhǔn)溫度下的密度，通過(guò)“原油體積修正系數(shù)表”查找體積修正系數(shù)進(jìn)行修正，得到標(biāo)準(zhǔn)體積進(jìn)而計(jì)算質(zhì)量。國(guó)外原油貿(mào)易需要用“美桶”來(lái)計(jì)量，因此需要用計(jì)量得出的標(biāo)準(zhǔn)體積跟“美桶”的系數(shù)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其中過(guò)程較為復(fù)雜，任何一步計(jì)算錯(cuò)誤，最終的計(jì)量結(jié)果都會(huì)有誤[4]。

溫度作為體積與質(zhì)量之間換算的重要參數(shù)，將代入計(jì)算公式存在困難。由于API 重度值的引入，使其存在精確換算的可能，因?yàn)锳PI 重度本身除了值以外，還帶有了溫度的定義（為60 ℉）。

2.2 溫度因素

在60 ℉下，美桶與噸之間通過(guò)API 重度可以建立公式，因?yàn)閲嵤琴|(zhì)量單位，不存在溫度變化的影響，計(jì)算出15 ℃下的噸數(shù)，其他溫度下的噸數(shù)是相等的。

2.3 空氣浮力修正

空氣浮力修正值為油品在真空中質(zhì)量換算到空氣中重量的換算系數(shù)（也稱為質(zhì)量換算系數(shù)），本文取0.001 1 g/cm3[5]。

2.4 公式推導(dǎo)

計(jì)算“美桶”數(shù)、質(zhì)量、API 這幾個(gè)結(jié)算關(guān)鍵數(shù)據(jù)，在計(jì)算步驟中都繞不過(guò)“密度”這一關(guān)鍵詞，且通過(guò)密度可以計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的API 重度、“美桶”數(shù)及質(zhì)量[6]。因此可以找到其中的關(guān)系，進(jìn)行梳理，整理出更為快捷、精確的計(jì)算方式，以減少原油計(jì)量的時(shí)間。

同樣質(zhì)量下的原油是否可以通過(guò)API重度精確換算出“美桶”數(shù)，如果需要計(jì)算出已知質(zhì)量下的原油“美桶”數(shù)，則必須要知道密度、體積、質(zhì)量3 個(gè)數(shù)據(jù)[7]。例：現(xiàn)在需要計(jì)算1 t原油的“美桶”數(shù)，“美桶”是體積單位，需要計(jì)算出1“美桶”的體積以及密度，才可進(jìn)行計(jì)算。

經(jīng)查詢1美桶60 ℉原油的體積為：

由式（5）可以推出1美桶60 ℉原油的質(zhì)量為：

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以得出1 t原油美桶數(shù)：

經(jīng)過(guò)以上分析，得出如下結(jié)論：

在得知原油API 重度后，可以根據(jù)式（7）快速計(jì)算出1 t 原油的美桶數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出整票原油的美桶數(shù)；根據(jù)式（6）能快速計(jì)算出1 美桶原油的質(zhì)量，進(jìn)而通過(guò)整票原油的美桶數(shù)計(jì)算出整票原油的質(zhì)量。表2 給出了國(guó)內(nèi)外相關(guān)商品交易所期貨原油的換算系數(shù)，可以看出換算非常直觀[8]。

表2 各商品交易所原油的換算系數(shù)

而采用標(biāo)準(zhǔn)方法，噸/美桶換算由于參與計(jì)算的有效數(shù)字位數(shù)的減少，會(huì)導(dǎo)致精度的下降。表3 給出了原油質(zhì)量和體積換算的標(biāo)準(zhǔn)法和公式法的比對(duì)[9]。

表3 原油質(zhì)量和體積換算的標(biāo)準(zhǔn)法和公式法的比對(duì)

通過(guò)表3 可以看出利用API 重度換算具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，有效解決了保留位數(shù)修約、不同溫度下密度換算、質(zhì)量換算系數(shù)參與計(jì)算等一系列問(wèn)題，不僅方便重量鑒定人員使用，同時(shí)也適合期貨原油的交割換算等商務(wù)領(lǐng)域。

3 結(jié)束語(yǔ)

API 重度易于從商檢品質(zhì)證書(shū)、石油評(píng)價(jià)文件等渠道獲得。其精度與密度的有效數(shù)字保持一致。分析API重度的定義可以推導(dǎo)出用API重度作為已知條件，代入溫度條件60 ℉和質(zhì)量換算系數(shù)0.001 1 g/cm3換算，得到噸和美桶的換算系數(shù)。將式（6）和式（7）改寫(xiě)入電子表格可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算，且精度高，消除了多次修約帶來(lái)的誤差，使用上比石油計(jì)量表更為方便。

傳統(tǒng)方法中，通過(guò)質(zhì)量計(jì)算“美桶”數(shù)時(shí)需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)密度查詢“美桶”的換算系數(shù)再進(jìn)行計(jì)算；但根據(jù)本文論述的方法和相關(guān)計(jì)算，得出可以用API重度，通過(guò)固定公式計(jì)算出每噸的“美桶”數(shù)，從而根據(jù)已知的原油質(zhì)量快速精確地?fù)Q算出“美桶”數(shù)。在進(jìn)行公式推導(dǎo)的時(shí)候，保持所有數(shù)字均為有效數(shù)字，不進(jìn)行修約，從而保證換算公式精度的準(zhǔn)確。