張志鵬

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，北京 100081)

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基于儲(chǔ)油罐的石油產(chǎn)品計(jì)量誤差的分析與控制*

張志鵬

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量研究所，北京 100081)

通過研究分析儲(chǔ)油罐計(jì)量石油產(chǎn)品的五類誤差，以計(jì)量過程中取樣、測(cè)量、計(jì)算等誤差分析為切入口，提出了控制計(jì)量誤差的方法及手段：精細(xì)化分類應(yīng)用儲(chǔ)油罐、有效使用計(jì)量軟件、合理修約讀數(shù)、減少帶有近似誤差的計(jì)算方法、嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程操作。通過采納優(yōu)化計(jì)量的方法和手段，可以有效降低計(jì)量人員計(jì)量過程中的誤差，提高計(jì)量準(zhǔn)確度，對(duì)儲(chǔ)油罐精細(xì)化計(jì)量石油產(chǎn)品具有重要意義。

儲(chǔ)油罐；石油產(chǎn)品；計(jì)量；誤差分析

0 引言

目前，我國(guó)應(yīng)用的儲(chǔ)油罐數(shù)量龐大，尤其立式金屬罐、臥式金屬罐、球形金屬罐及鐵路罐車等，以上器具也是大宗散裝液態(tài)貨物的主要載運(yùn)工具和計(jì)量器具，儲(chǔ)油罐作為石油產(chǎn)品主要儲(chǔ)運(yùn)及計(jì)量器具具有裝載量大、綠色、安全等優(yōu)點(diǎn)，并且數(shù)量日益增多。在載運(yùn)便捷、存儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)安全、計(jì)量精細(xì)化要求不斷提高的形勢(shì)下，對(duì)儲(chǔ)油罐裝載石油產(chǎn)品提出了越來越高的要求。同時(shí)，儲(chǔ)油罐裝載石油產(chǎn)品的精細(xì)化計(jì)量，對(duì)保障運(yùn)輸安全、確保企業(yè)貿(mào)易順利結(jié)算、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。所以基于儲(chǔ)油罐的石油產(chǎn)品的計(jì)量的誤差分析及控制顯得越來越重要。

1 計(jì)量誤差的分析

1.1 取樣引起的計(jì)量誤差

作為圓柱體結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)油罐，在卸載石油產(chǎn)品時(shí)往往會(huì)在罐體底部存留一部分石油產(chǎn)品，而石油產(chǎn)品種類繁多，如果該儲(chǔ)油罐再次裝載的石油產(chǎn)品密度與剩余石油產(chǎn)品密度不同時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致密度較小的石油產(chǎn)品隨著裝載液位增加慢慢浮起，浮于整罐油的最上層，密度大的則位于下面，這類產(chǎn)品不易均勻混合，會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，密度相差越大越明顯，最終導(dǎo)致采樣難度大，樣品密度出現(xiàn)較大偏差。而目前儲(chǔ)油罐裝載石油產(chǎn)品取樣按照GB/T 4756—1998《石油液體手工取樣法》進(jìn)行取樣。如果出現(xiàn)以上情況，則取樣有可能造成樣品不具有代表性，在進(jìn)行密度和含水率測(cè)定時(shí)所得的結(jié)果的代表性自然也差，最終對(duì)石油產(chǎn)品計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性具有較大影響。

1.2 油位測(cè)量引起的計(jì)量誤差

油位是直接反映儲(chǔ)油罐儲(chǔ)油容量的重要參數(shù)之一。在我國(guó)以臥式金屬罐、鐵路罐車為例，一般是人工檢尺測(cè)量油位，如果測(cè)量操作失誤，將直接影響計(jì)量結(jié)果，而且油罐內(nèi)徑越大，引起的計(jì)量誤差越大。通常情況下測(cè)量油位主要存在以下幾個(gè)方面的問題：

首先，按照J(rèn)JG 266—1996《臥式金屬罐》計(jì)量檢定規(guī)程及JJF 140—2008《鐵路罐車容積》檢定規(guī)程，油位測(cè)量位置為罐體人孔上的參照點(diǎn)、罐體底部的檢尺點(diǎn)，但是在實(shí)際操作過程中由于人為因素而沒有按照檢定規(guī)程規(guī)定的位置進(jìn)行操作，油位測(cè)量就會(huì)存在誤差；同時(shí)，由于儲(chǔ)油罐在一定周期內(nèi)要進(jìn)行檢修，檢修后偶爾會(huì)出現(xiàn)人孔的錯(cuò)位和人孔定位扭轉(zhuǎn)，在這種情況下測(cè)量油位就會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值偏小，最終引起計(jì)量誤差。

其次，按照J(rèn)JG 4—1999《測(cè)深鋼卷尺》檢定規(guī)程規(guī)定，量油尺在頻繁使用過程中，雖然該尺尚在檢定有效期內(nèi)，但因尺帶嚴(yán)重扭曲變形使得油位測(cè)量往往大于實(shí)際值，雖然檢定提供了修正值，但是該修正值并不能全面解決不同程度的量油尺的變形及磨損。

另外，石油產(chǎn)品裝罐后以及運(yùn)輸過程中會(huì)在油面上產(chǎn)生一層泡沫，因此在存在大量泡沫的情況下計(jì)量油罐內(nèi)的油位，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生計(jì)量誤差。

1.3 溫度測(cè)量引起的計(jì)量誤差

溫度是石油產(chǎn)品計(jì)量的關(guān)鍵參數(shù)。在計(jì)量過程中，溫度的準(zhǔn)確性會(huì)影響到一系列參數(shù)的準(zhǔn)確性。首先，溫度會(huì)影響視密度測(cè)定及視密度與標(biāo)準(zhǔn)密度的轉(zhuǎn)換。其次，溫度會(huì)影響石油產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)體積的計(jì)算。另外，溫度對(duì)壓力修正因數(shù)、溫度修正因數(shù)也會(huì)產(chǎn)生較大影響，儲(chǔ)油罐計(jì)量體系圖如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)油罐計(jì)量體系圖

1.4 軟件使用不當(dāng)引起的計(jì)量誤差

目前，幾乎所有儲(chǔ)油罐都采用計(jì)算機(jī)計(jì)量軟件來進(jìn)行計(jì)量，該類軟件也為計(jì)量工作提供了極大的方便。通常計(jì)量人員在現(xiàn)場(chǎng)采集完數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)量軟件進(jìn)行計(jì)算，但是在應(yīng)用軟件進(jìn)行計(jì)算的過程中，發(fā)現(xiàn)許多計(jì)量人員沒有正確使用計(jì)量軟件，具體如下：

首先，根據(jù)儲(chǔ)油罐裝載的介質(zhì)不同，計(jì)量軟件分為五大類型，且每個(gè)類型的修正以及設(shè)計(jì)依據(jù)和參考標(biāo)準(zhǔn)各不相同。實(shí)際計(jì)量過程中存在計(jì)量人員沒有選擇正確的軟件類型進(jìn)行計(jì)量，出現(xiàn)化工產(chǎn)品采用石油類型軟件計(jì)量，石油產(chǎn)品采用化工類型軟件甚至其它類型的軟件計(jì)量，最終導(dǎo)致計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)確。其次，計(jì)量員在輸入數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)輸入數(shù)值不準(zhǔn)確，包括計(jì)量溫度、試驗(yàn)溫度、容積表號(hào)、水分?jǐn)?shù)值等，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。另外，為了方便計(jì)量人員更好地開展計(jì)量工作，計(jì)量軟件已經(jīng)智能化處理了數(shù)值修正等問題，而計(jì)量人員如果在輸入數(shù)據(jù)前再次進(jìn)行修正，必然導(dǎo)致過度修正，結(jié)果出現(xiàn)偏差。

1.5 質(zhì)量計(jì)算引起的計(jì)量誤差

石油產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)算公式為：

m=V20×(ρ20-1.1)

(1)

V20=Vt×VCF

(2)

(3)

(4)

根據(jù)以上公式可以看出，影響石油產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素有體積、密度、標(biāo)準(zhǔn)密度和體積轉(zhuǎn)換以及數(shù)值修正。在實(shí)際計(jì)量過程中計(jì)量人員利用溫度計(jì)讀取溫度數(shù)值，由于溫度計(jì)一般最小分度值為0.2℃，所以只能精確讀取小數(shù)點(diǎn)后一位，需要估讀下一位，最終保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。按照GB/T1885—1998石油計(jì)量表查詢標(biāo)準(zhǔn)密度和體積修正系數(shù)，其中溫度欄中溫度值修約到小數(shù)點(diǎn)后兩位，所以實(shí)際中的讀數(shù)并沒有達(dá)到精度要求，不能夠進(jìn)行合理修約，所以實(shí)際中讀數(shù)已經(jīng)引入誤差。

其次，按照GB/T1885—1998石油計(jì)量表規(guī)定，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)密度表查詢時(shí)，如果已知視密度值介于視密度欄中兩個(gè)相鄰視密度值之間，則可以采用內(nèi)插法確定標(biāo)準(zhǔn)密度，但溫度值不用內(nèi)插，用較接近的溫度值查表。同理，在查找體積修正系數(shù)表時(shí)，如果已知標(biāo)準(zhǔn)密度值介于標(biāo)準(zhǔn)密度欄中兩個(gè)相鄰標(biāo)準(zhǔn)密度值之間，則不必采用內(nèi)插法，僅以較接近的標(biāo)準(zhǔn)密度值所對(duì)應(yīng)的體積修正系數(shù)為準(zhǔn)，溫度值不用內(nèi)插，用以較接近的溫度值查表。

通過以上過程可知，首先，讀取溫度值的精確程度在計(jì)算中將引起體積修正系數(shù)的不同，進(jìn)而產(chǎn)生計(jì)量誤差。其次，按照石油計(jì)量表規(guī)定如果視密度值或標(biāo)準(zhǔn)密度值介于視密度欄或標(biāo)準(zhǔn)密度欄中兩個(gè)相鄰值之間，則采用內(nèi)插值法計(jì)算，且溫度不插值，取接近值，將產(chǎn)生近似誤差。最后，線性插值經(jīng)常用于已知函數(shù)利用兩點(diǎn)的值近似獲得其它點(diǎn)數(shù)值的方法，這種近似方法存在一定的誤差，根據(jù)羅爾定理，可以證明函數(shù)上兩點(diǎn)之間的近似隨著所近似的函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)的增大而逐漸變差。即溫度與體積和密度的函數(shù)關(guān)系將引起計(jì)量的誤差不斷變化。在計(jì)算的過程中溫度與標(biāo)準(zhǔn)密度的獲得以及體積修正系數(shù)的獲得都存在著插值的方法，所以都必將引起計(jì)量的誤差。

2 計(jì)量誤差的控制

首先，嚴(yán)格按照GB/T4756—1998《石油液體手工取樣法》進(jìn)行取樣，在條件允許的情況下，盡量把罐車精細(xì)化分類，區(qū)分重質(zhì)油和輕質(zhì)油罐車，盡量減少罐內(nèi)余油，分類存儲(chǔ)油品，根據(jù)裝卸石油產(chǎn)品的物理性質(zhì)安排裝卸油罐，盡量安排密度較接近的石油產(chǎn)品進(jìn)行同一油罐裝卸，以保證計(jì)量時(shí)獲取的樣品具有較好的代表性。

其次，進(jìn)行油位測(cè)量時(shí)必須要待油面穩(wěn)定，計(jì)量穩(wěn)定時(shí)間需大于30min，待泡沫消除后方可進(jìn)行檢尺。嚴(yán)格按照J(rèn)JG4—1999《測(cè)深鋼卷尺》檢定規(guī)程規(guī)定進(jìn)行檢定和修正；嚴(yán)格按照J(rèn)JG266—1996《臥式金屬罐》計(jì)量檢定規(guī)程及JJF140—2008《鐵路罐車容積》規(guī)定測(cè)量位置，注意觀察人孔檢尺點(diǎn)是否位于罐體軸向中心線正上方，如果出現(xiàn)人孔錯(cuò)位等現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)找到實(shí)際的檢尺位置進(jìn)行測(cè)量；在計(jì)量軟件方面，加強(qiáng)計(jì)量人員培訓(xùn)，正確使用計(jì)量軟件，規(guī)范操作。

在儲(chǔ)油罐裝載石油產(chǎn)品計(jì)量中要十分重視溫度的測(cè)量，盡量采用高精度的密度計(jì)，實(shí)際中讀取溫度數(shù)值應(yīng)當(dāng)按照GB/T8170《數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判斷》進(jìn)行合理修約，然后進(jìn)行查表計(jì)算。在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)密度轉(zhuǎn)換和體積修正系數(shù)轉(zhuǎn)換的計(jì)算過程中盡量采用精度較高的計(jì)算方法，降低插值和近似計(jì)算引起的計(jì)量誤差。

3 結(jié)論

總之，造成石油產(chǎn)品計(jì)量誤差的原因較多，只要對(duì)誤差進(jìn)行認(rèn)真分析，充分考慮到影響計(jì)量準(zhǔn)確的因素，保證計(jì)量器具測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確性，不斷克服人為誤差、細(xì)化操作規(guī)程、規(guī)范操作、優(yōu)化計(jì)算方法，就可以確保測(cè)量的準(zhǔn)確度，從而達(dá)到計(jì)量可靠、準(zhǔn)確的目標(biāo)。

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鐵道部科技研究開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2009Z008)

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