加油站儲油罐容積表集中校正系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

景仲林

(甘肅華興石油工程有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730030)

近年來,為順應(yīng)成品油銷售企業(yè)精細(xì)化和智能化管理的需要,作為油品業(yè)務(wù)管理的重要環(huán)節(jié),油品數(shù)量管理成為科技創(chuàng)新和新技術(shù)應(yīng)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(jù)——容積表的準(zhǔn)確度,提出了更高的要求。通過新技術(shù)的應(yīng)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(fā)作業(yè)、溫度變化以及油罐本身承受的靜壓力等因素,導(dǎo)致油罐常會發(fā)生形變等問題,造成依據(jù)原始油罐容積表計算出的油品數(shù)量與罐內(nèi)實際油品數(shù)量產(chǎn)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(xù)檢定一般不超過4 a。對埋地臥式諸油罐,傳統(tǒng)校準(zhǔn)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(jīng)營,檢定準(zhǔn)確度受人為因素影響大。

1 罐容積校正系統(tǒng)架構(gòu)和核心算法

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

目前,標(biāo)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(cè)法和內(nèi)側(cè)法;容量法,包括標(biāo)準(zhǔn)容器容量法,流量計容量法;加油機(jī)付油數(shù)據(jù)擬合法,比如插值擬合法。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

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(mào)易交接糾紛等問題,迫切需要進(jìn)行罐容積表校正,及時發(fā)現(xiàn)存在計量誤差的儲油罐。因此,研發(fā)了基于 “中心”的集中罐容積表校正系統(tǒng)。

該系統(tǒng)基于“油站端-中心端”兩級架構(gòu),系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。油站端實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備參數(shù)的采集、罐容積表校正程序的運行、站端結(jié)果的展示,并與中心端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;中心端核心功能是分析油站端發(fā)來的數(shù)據(jù)并運行預(yù)警算法,將分析結(jié)果集中展示,便于業(yè)務(wù)人員分析校罐的結(jié)果。

圖1 罐容積表系統(tǒng)架構(gòu)示意

1.2 核心算法

該系統(tǒng)的核心算法有數(shù)據(jù)處理和罐容積表校正與評價兩部分。研發(fā)了校罐邊緣終端設(shè)備,即智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,獲取加油機(jī)(含油槍溫采儀)和液位儀的實時數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)處理算法對不滿足校罐的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,然后經(jīng)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(shù)據(jù)處理算法

數(shù)據(jù)處理算法主要包括時序匹配、穩(wěn)態(tài)集合和無效數(shù)據(jù)過濾等處理過程。

1)時序匹配。一座油罐對應(yīng)多個加油槍,將油槍和罐的關(guān)系預(yù)先配置,按照時序關(guān)系,數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊會將每筆交易發(fā)生前(提槍前),交易后(提槍后)的時間點的油罐數(shù)據(jù)做合并,形成一個按照時序匹配后的交易明細(xì)。

2)穩(wěn)態(tài)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(fēng)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(dāng)時關(guān)聯(lián)的油罐數(shù)據(jù)是否是穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)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(dāng)時的油罐液位高度、體積(20 ℃)均不能作為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)。通過多筆交易集合且為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)時,可以得出系統(tǒng)可用的穩(wěn)態(tài)集合。

3)無效數(shù)據(jù)過濾。有些付油數(shù)據(jù)由于在獲取的過程中發(fā)生意外波動,導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)交易集合中加油機(jī)付油量和油罐出油量差異過大,該種穩(wěn)態(tài)交易集合應(yīng)當(dāng)作為無效數(shù)據(jù)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(tǒng)都會作為無效數(shù)據(jù)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(yōu)先遍歷進(jìn)行區(qū)間修正的原理(專利號: CN115979388A),主要包括罐容積表區(qū)間調(diào)整子算法和罐容積表評價子算法。

1)罐容積表區(qū)間調(diào)整子算法。根據(jù)獲取的穩(wěn)態(tài)集合數(shù)據(jù),包括油槍付油量、對應(yīng)油罐液位起始高度(所有付油量需根據(jù)溫度系數(shù)換算成20 ℃時的體積),將所有穩(wěn)態(tài)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(qū)間,以此獲取臨時罐容積表;根據(jù)新獲取的穩(wěn)態(tài)集合持續(xù)調(diào)整油罐相應(yīng)高度區(qū)間對應(yīng)的體積,比如原來該高度區(qū)間的體積為V,差異率是e,那么調(diào)整后該高度區(qū)間的體積就變成V(1+er),其中,r是一個調(diào)整步長比例系數(shù)。

2)罐容積表評價子算法。針對所有的穩(wěn)態(tài)集合數(shù)據(jù),根據(jù)罐容積表區(qū)間調(diào)整子算法中獲得的罐容積表,通過代入穩(wěn)態(tài)集合的起始液位高度,可以得到相應(yīng)的開始和結(jié)束的體積;進(jìn)一步根據(jù)溫度系數(shù)算出開始和結(jié)束的體積(20 ℃),兩者相減算出該罐容積表對應(yīng)的油罐的發(fā)油量(20 ℃時的體積),對比穩(wěn)態(tài)集合數(shù)據(jù)中的發(fā)油量,進(jìn)一步算出差異率;根據(jù)獲得的所有集合的差異率,進(jìn)一步計算所有穩(wěn)態(tài)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(shè)置為(1-差異率的絕對值的平均值)×100%+方差。假設(shè)油罐液面的2個平穩(wěn)高度(無加油正在進(jìn)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(fā)油量與油罐的實際出油量應(yīng)該相等。

2 罐容積校正系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)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(tǒng)后,在登錄界面上可以查看系統(tǒng)權(quán)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(dǎo)入或經(jīng)過系統(tǒng)校正后啟用的)進(jìn)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(tǒng)自動對該公司所有在用油罐進(jìn)行自動監(jiān)測,對存在計量偏差的油罐預(yù)警并設(shè)置為待校油罐。業(yè)務(wù)人員可以預(yù)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(shù)據(jù),為校正罐容積表做準(zhǔn)備。

2.2.2誤差分析

在用罐容積表分析模塊誤差分析內(nèi)容如下:

1)埋地儲油罐收油后,根據(jù)如下相關(guān)指標(biāo)進(jìn)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(qū)段分析。根據(jù)油罐的每個發(fā)油輪次的不同分區(qū)段的誤差級別進(jìn)行分析,便于跟蹤誤差。

c)累計誤差曲線分析。分析所有區(qū)段累計誤差,從更大區(qū)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(jié)束對應(yīng)的體積和實收之間的誤差率。

2)通過加油槍付油,根據(jù)所取得穩(wěn)態(tài)集合對罐容的影響,分析以下相關(guān)指標(biāo):

a)付油誤差分析。系統(tǒng)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(qū)間的誤差分析。分析不同區(qū)段的誤差級別,更便于跟蹤誤差。

c)累計誤差曲線分析。根據(jù)付油數(shù)據(jù)統(tǒng)計從起始液位到當(dāng)前液位累計的誤差值,即累計加油機(jī)發(fā)出量減去累計油罐發(fā)出量。

d)不同高度區(qū)間誤差的匯總及明細(xì)。通過采集到的不同液位高度區(qū)間的付油穩(wěn)態(tài)集合,對于分析區(qū)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(yīng)關(guān)系、各校正油罐的對應(yīng)油槍付油誤差以及校罐任務(wù)等。

2.3.1校罐前準(zhǔn)備

校罐前的準(zhǔn)備內(nèi)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(yīng)油槍及數(shù)量等。

2)原始罐容積表導(dǎo)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(tǒng)中導(dǎo)入對應(yīng)油站的某個罐容積表;查詢對應(yīng)油罐在系統(tǒng)中啟用或?qū)氲囊粋€或多個罐容積表的歷史情況。

3)油槍油罐關(guān)系管理。系統(tǒng)中可以維護(hù)并查看油槍與油罐的對應(yīng)關(guān)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(guān)聯(lián)油槍的當(dāng)前最新的檢定誤差導(dǎo)入系統(tǒng),該數(shù)據(jù)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?qū)е碌幕毓抻?為了避免罐容校正出現(xiàn)偏差,需要在系統(tǒng)中進(jìn)行維護(hù)。

2.3.2罐容積表校正

罐容積表校正內(nèi)容如下:

1)創(chuàng)建校罐任務(wù)。根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警或人工創(chuàng)建校罐任務(wù),該任務(wù)會自動完成校罐工作并分析結(jié)果。

2)分析校罐結(jié)果。每個校罐任務(wù)完成后,均可通過以下相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析,如沒有導(dǎo)入在用罐容積表或系統(tǒng)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(jù)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(yīng)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(shè)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(tǒng)計油槍付出量和油罐發(fā)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?？捎^察每筆收付油對應(yīng)到新罐容積表和在用罐容積表的詳細(xì)信息,如液位數(shù)據(jù)、差異數(shù)據(jù)等。

d)新罐容積表和在用罐容積表累計誤差曲線。根據(jù)付油數(shù)據(jù)統(tǒng)計從起始液位高度到當(dāng)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(wù)完成后,系統(tǒng)自動生成校罐報告,主要內(nèi)容包括: 油罐基本情況分析,原始罐容的誤差分布詳情、區(qū)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(wù),根據(jù)校罐驗證結(jié)果可以手工啟用新容積表,并將該表作為系統(tǒng)在用容積表。新容積表作為該罐的基礎(chǔ),系統(tǒng)根據(jù)后續(xù)新的收付油等數(shù)據(jù)繼續(xù)監(jiān)控該容積表的準(zhǔn)確性和誤差率,對于超過誤差的情況進(jìn)行預(yù)警,開始新一輪的校正工作。

3 系統(tǒng)應(yīng)用情況

自2020年起,結(jié)合該公司的實際情況,組建了軟件設(shè)計與開發(fā)、加油站數(shù)質(zhì)量管理等方面的技術(shù)團(tuán)隊,在完善系統(tǒng)功能的同時邊研發(fā)邊應(yīng)用,使罐容積表校正的精準(zhǔn)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(xiàn),罐容積表校正的總體準(zhǔn)確度也從2020年系統(tǒng)研發(fā)之初的3‰～5‰降低到目前的低于2‰。

試點應(yīng)用階段無論是數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確度、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性及完整性均得到實踐的驗證,完全可以達(dá)到罐容積表校正的結(jié)果。在此期間,為了達(dá)到罐容積校正對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和及時性的要求、連接了油槍溫采儀等設(shè)備,通過加油站端的校罐邊緣終端,可以避免站級與中心網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo)致的數(shù)據(jù)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(jié)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(wù)器的性能依賴。

4 結(jié)束語

根據(jù)中國石油天然氣股份有限公司“十四五”信息發(fā)展規(guī)劃和企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型規(guī)劃,對成品油銷售企業(yè)的油品數(shù)質(zhì)量管理提出更高的創(chuàng)新要求,結(jié)合企業(yè)精細(xì)化管理要求,該公司將繼續(xù)推進(jìn)埋地儲油罐容積表校正系統(tǒng)在本地及其他地區(qū)的推廣應(yīng)用工作,并進(jìn)一步研究通過油罐出油量對加油槍進(jìn)行反向標(biāo)定,以推測加油槍的付油誤差,持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新。