質(zhì)量流量計用于鐵路罐車液體石油產(chǎn)品的充裝計量

徐麗敏 孫曉林 祁 峰 何松杰

0 引言

鐵路罐車裝載液體石油產(chǎn)品的計量手段主要有5種，其中采用稱重方式的靜態(tài)電子軌道衡準確度高、可靠性好，但需要摘鉤進行逐節(jié)稱量，勞動強度大，工作效率低；動態(tài)電子軌道衡準確度低, 重復性差，從而限制了稱重方式的使用。目前，罐車檢尺、質(zhì)量流量計及容積式流量計是主要計量手段。傳統(tǒng)的檢尺計量準確度低，環(huán)節(jié)多，影響因素多。然而，用準確度高、重復性好的質(zhì)量流量計取代檢尺作為鐵路罐車裝載液體石油產(chǎn)品的計量手段，卻依然存在阻力。本文通過比較測量準確度和經(jīng)濟性，認為這一取代是合理且是必須的。

1 罐車檢尺計量存在的主要問題

1.1 罐車容積表標錯率高

罐車容積檢定后，表號多由臨時雇用人員集中噴漆，錯誤率較高；據(jù)某公司不完全統(tǒng)計，罐車容積表標錯率達10%～15%。2010年3月，某集團公司調(diào)研組在某分公司隨機抽查了50個罐車容積表，與國家總站核對，發(fā)現(xiàn)其中2個標錯，導致算量不正確。全國每天都有標錯的容積表在損害著供需雙方的合法權(quán)益(有時也包括中間環(huán)節(jié)的經(jīng)營公司)，僅僅因為習以為常而被大家忽視。

1.2 計量過程復雜， 工作效率低

罐車人工檢尺、測溫、采樣、分析和查表計算等過程復雜，遇到異型罐車計量更麻煩，導致罐車停留時間較長，降低了鶴位利用及鐵路運輸?shù)男?，加大了社會和人工成本，越來越不適應(yīng)市場經(jīng)濟發(fā)展的要求。

1.3 計量準確度低

傳統(tǒng)的罐車計量通過人工檢尺、測溫、采樣分析并通過溫度修正計算得出重量，環(huán)節(jié)多、影響因素多且測量準確度低，尤其是油品分層、風雨等惡劣天氣對測量結(jié)果影響更大。

1.4 無法實現(xiàn)密閉裝車 油氣揮發(fā)損耗大

檢尺計量需人工監(jiān)視裝載過程，無法實現(xiàn)密閉裝車。裝車過程由于罐內(nèi)油品氣化與氣體空間減小使油氣逸出，造成的裝載損耗不容忽視。據(jù)某公司介紹，每次汽油裝車揮發(fā)的油氣甚至超過裝車量的0.17%左右。蒸發(fā)的油氣污染了環(huán)境，還成為安全隱患；同時，惡劣的工作環(huán)境還會危害操作員工的身體健康。

1.5 容易欠裝或超裝

人工目測液位容易出現(xiàn)欠裝或超裝現(xiàn)象，造成運輸資源浪費或安全隱患，增加了用戶和鐵路部門成本。

1.6 操作不規(guī)范

據(jù)有關(guān)調(diào)查，罐車計量中，操作不規(guī)范的現(xiàn)象較普遍。如油品密度在罐車頂上測定，規(guī)范明確要求在沒有空氣流動的地方進行。

量油尺的檢定結(jié)果應(yīng)出具修正值，但有的檢定單位沒有給出修正值，無法修正；有修正值的，不少單位不做修正。溫度計、密度計等檢定時給出的修正值，不少單位也不做修正。

罐車計量需2次檢尺后按規(guī)范取數(shù)，但不少計量員僅1次檢尺直接讀數(shù)。

2 質(zhì)量流量計提高了流體質(zhì)量測量準確度

2.1 質(zhì)量流量計在油品貿(mào)易交接計量方面的廣泛應(yīng)用

隨著20世紀90年代科氏力質(zhì)量流量計的問世，我國以質(zhì)量為單位的流體交接計量技術(shù)躍上了新的臺階。質(zhì)量流量計具備的高準確性、高穩(wěn)定性和直接質(zhì)量流量測量，避免了傳統(tǒng)體積流量測量方法因受溫度、壓力、黏度和密度等因素的影響而難以達到所標稱的測量準確度，改變了傳統(tǒng)高準確度流量計依靠機械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)流量測量的落后方式。因而，國內(nèi)在以質(zhì)量為單位的大宗油品貿(mào)易交接，如裝船、管輸、汽車罐車充裝中，質(zhì)量流量計取代立式儲罐計量，成為主要計量手段，并在石油化工企業(yè)內(nèi)部的油品輸轉(zhuǎn)、計量核算和工藝控制等方面得到了廣泛應(yīng)用與認可。

2.2 質(zhì)量流量計性能測試

2007年，針對質(zhì)量流量計在貿(mào)易交接計量中的廣泛應(yīng)用，石油工業(yè)計量測試研究所對質(zhì)量流量計廠商Micromotion生產(chǎn)的CMF300 型質(zhì)量流量計(配2400S 型變送器)進行了性能測試，測試分4步進行：水流量裝置基礎(chǔ)測試、柴油體積管測試、原油體積管測試和水流量裝置復現(xiàn)性測試，從而驗證了質(zhì)量流量計的油品計量性能。

2.2.1 水流量裝置基礎(chǔ)測試

按照檢定規(guī)程進行基本性能測試，測試流量點共6個，依次為190(裝置最大流通能力)、136、54.4、27.2、13.6t/h，最后回到190t/h，每個流量點測7次。在基本性能測試中，CMF300在測試量程范圍內(nèi)的誤差均在±0.1%內(nèi)，重復性不大于0.01%，展現(xiàn)了很好的基本測量性能。

2.2.2 柴油和原油測試

采用體積管法變黏度測試試驗。測試介質(zhì)分別為柴油和原油，檢定流量點共5個，從大流量點依次檢到小流量點，然后再返回最大流量點復檢，每個流量點檢3次。柴油溫度為36.5℃，密度為807.05kg/m3，運動黏度為5.95×10-6m2/s；原油溫度為57℃，密度為 851.1kg/m3，運動黏度為34.20×10-6m2/s。測試數(shù)據(jù)表明，CMF300在以柴油、原油為介質(zhì)的測試中，重復性均不大于0.03%，測試誤差均在±0.15%范圍內(nèi)。

2.2.3 水流量裝置復現(xiàn)性測試

在結(jié)束原油測試之后，測試組對CMF300質(zhì)量流量計進行了水流量裝置復現(xiàn)性測試，檢查經(jīng)過柴油和原油測試后的性能變化和復現(xiàn)性。水流量裝置復現(xiàn)性測試與水裝置基礎(chǔ)測試的流量計系數(shù)設(shè)置相同，兩次水裝置測試時流量計狀態(tài)基本相同。CMF300在正常安裝條件下共測試了5個流量點，分別是195.5(裝置最大流通能力)、136.3、54.7、27.3t/h，再返回195.6t/h，每個點測7次。

測試組比較2次測試誤差和曲線得出：水裝置復現(xiàn)性測試中，CMF300重復性依然良好，與基礎(chǔ)測試誤差曲線基本吻合；經(jīng)過成品油和原油測試后，CMF300水裝置測試復現(xiàn)性良好。

3 不同手段測量液體石油產(chǎn)品的準確度比較

在符合《JJG 140—98 鐵路罐車容積》規(guī)定要求的條件下和準裝高度范圍內(nèi)，鐵路罐車罐體容積檢定的總不確定度小于0.4%；由于液位檢尺測量、測溫、采樣、密度及含水分析各項誤差的合成，按《SY-5670—1993石油及液體石油產(chǎn)品鐵路罐車交接計量規(guī)程》進行油品交接，測量誤差為±0.7%。

采用0.2級容積式流量計，按《SY-5671—1993 石油及液體石油產(chǎn)品流量計交接計量規(guī)程》進行油品重量計量的綜合誤差達到±0.35 %。這是體積測量、測溫、采樣、密度及含水分析各項誤差的合成。

采用0.15或0.2級質(zhì)量流量計，直接得出質(zhì)量量，避免了容積式流量計采樣、測溫和密度分析等各項誤差的影響，測量的總不確定度小于0.2%。

顯見，測量準確度最高的是質(zhì)量流量計，液體石油產(chǎn)品采用鐵路罐車檢尺計量，其基本誤差超過質(zhì)量流量計的3倍。

4 采用質(zhì)量流量計裝車計量的基本做法

質(zhì)量流量計用作鐵路罐車裝載液體石油產(chǎn)品的計量手段，國內(nèi)已有大量實踐。方法多數(shù)構(gòu)成局域網(wǎng)絡(luò)，搭建計量交接系統(tǒng)，采用標準RS485通信接口，通過數(shù)據(jù)通訊方式將質(zhì)量流量計直接測量的油品質(zhì)量流量、密度及溫度等相關(guān)參數(shù)采集至上位機(服務(wù)器)或DCS、PLC，以顯示、記錄、管理。最新的計量交接系統(tǒng)有采用主操作室上位機定量控制以及現(xiàn)場批量控制器控制的兩層分布控制模式，以確保罐車定量裝車的準確性、安全性與可靠性，最大限度地利用罐車資源，用質(zhì)量流量計數(shù)據(jù)進行貿(mào)易結(jié)算。通過現(xiàn)場控制、上位監(jiān)控和遠程管理，實現(xiàn)了火車裝車出廠計量的自動化、信息化。

4.1 現(xiàn)場控制

由專用的現(xiàn)場隔爆型定量控制器完成相應(yīng)的功能。定量控制器與上位計算機之間經(jīng)通訊總線交換信息，它接收上位計算機發(fā)來的發(fā)油批量、儀表系數(shù)和時間常數(shù)等信息，根據(jù)上位機的指令獨立完成定量發(fā)油任務(wù)，并及時將實時發(fā)油狀態(tài)數(shù)據(jù)送到上位計算機上顯示、存儲并利用。

4.2 上位監(jiān)控

主要功能是實現(xiàn)對下位機參數(shù)設(shè)置，實時顯示各定量控制器的發(fā)油信息，統(tǒng)計、存儲歷史發(fā)油記錄，并與公司的管理網(wǎng)絡(luò)相連，作為ERP 系統(tǒng)的支撐，接收銷售部門的發(fā)貨訂單信息、上傳發(fā)貨信息以及其他相關(guān)信息；將所有與計量相關(guān)的實時參數(shù)如油品密度、溫度、壓力、瞬時流量和累計流量等均自動保存并生成曲線，備隨時調(diào)閱、溯源，以確保計量數(shù)據(jù)的安全與準確可靠。

4.3 遠程管理監(jiān)督

通過計量管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，訂單與實際發(fā)油量確認，實現(xiàn) “管控一體化”目標。

5 采用質(zhì)量流量計搭建計量交接系統(tǒng)實現(xiàn)的效果

5.1 裝車定量準確， 提高罐車的裝載率

鐵路部門為安全運輸起見，罐車營運中重視有效容積管理，嚴禁油品超載，以保證運輸過程中油品體積膨脹后不外溢、不冒罐。因此，準確控制裝載量，既保證運輸安全又能保證裝載率，可提高運輸效率，降低運輸成本。

罐車人工檢尺計量很難控制裝載率，因此，不少企業(yè)在裝載過程中往往以犧牲裝載率，來確保運輸安全，浪費了運輸資源。采用質(zhì)量流量計灌裝計量，為控制裝載量提供了技術(shù)保證。因同一種類型的罐車罐容體積基本相同，因此只要根據(jù)罐車類型與環(huán)境溫度，設(shè)置批量值就能準確控制罐車裝載數(shù)量，即可提高運輸效率。

例如，某公司成品油火車裝車出廠裝載率由人工控制時，為保安全，裝載率只能達到91%；采用質(zhì)量流量計搭建計量交接系統(tǒng)，用質(zhì)量流量計的體積累積量作為批量控制值，質(zhì)量累積量作為貿(mào)易結(jié)算量，裝車率達到94%～95%，比人工控制裝車上升3～4個百分點。

以每年鐵路罐車出廠成品油120萬噸、每節(jié)罐車裝45噸為例，按91%裝載率計算共需槽車26667節(jié)；按95%裝載率計算，每節(jié)槽車多裝2噸，共需25532節(jié)，實際可減少車皮1135節(jié)，經(jīng)濟效益與社會效益非?？捎^。

5.2 實行批量控制 使油品密閉裝車成為可能

罐車檢尺需人工監(jiān)視裝載過程，無法實現(xiàn)密閉裝車，裝車過程由于油罐車大呼吸造成的油品裝載損耗，某集團公司已試用內(nèi)控標準：如京陜江浙等B類地區(qū)，汽油火車裝車損耗為0.13%，粵桂川閩等A類地區(qū)為0.17%，可見損耗較大。同時油氣的蒸發(fā)污染了環(huán)境。采用質(zhì)量流量計定量裝車，可準確可靠地控制裝載率，實時監(jiān)控裝載量，為實現(xiàn)密閉裝車、降損減排、清潔生產(chǎn)提供了保證。

5.3 實現(xiàn)罐車裝載過程的實時監(jiān)控

某公司采用質(zhì)量流量計構(gòu)建計量系統(tǒng)進行油品裝車計量，實現(xiàn)了全天候?qū)τ推疯F路出廠安全及防盜方面的有效控制。如2010年8月27日系統(tǒng)提示當日沒有航煤裝車作業(yè)，但總表及1號鶴位質(zhì)量流量計分別計數(shù)0.102t和0.111t。有關(guān)人員在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)此情況后，立即展開調(diào)查，證實是因油品儲運部門在維修1號臺位鶴管排油所致。

5.4 加快出廠速度

由于采用質(zhì)量流量計進行計量，取消了人工檢尺與測溫的工作程序，一列24節(jié)火車裝車出廠至少可節(jié)約時間1小時。

6 質(zhì)量流量計用作鐵路罐車計量手段的主要阻力

6.1 測量技術(shù)水平的限制使罐車檢尺計量成為習慣做法

提高測量準確度一直是流量計技術(shù)發(fā)展的難題，多年來，除了有些容積式流量計測量準確度、重復性比較高外，差壓式、速度式等其他類型的流量計準確度、可靠性和重復性等一些技術(shù)指標均不夠理想，制約了其在貿(mào)易交接計量中的應(yīng)用和發(fā)展。鐵路罐車作為重要的運輸工具，在20世紀90年代以前制定交接計量標準時，不得不受測量技術(shù)水平的限制，考慮到經(jīng)濟性和實用性，對液體罐車只能采用直觀、原始的檢尺作為計量手段，沿用至今成為習慣做法。

6.2 計量規(guī)范滯后

質(zhì)量流量計不但在國內(nèi)貿(mào)易中已廣泛應(yīng)用，還在廣州、南京等海關(guān)用作油品出口計量器具；然而，除液態(tài)烴屬帶壓介質(zhì)，國家已頒布相應(yīng)計量規(guī)范外，如《GB/T 17286.1—1998 液態(tài)烴動態(tài)計量一般原則》、《SY/T 6682—2007用科氏質(zhì)量流量計測量液態(tài)烴流量》、《JJF 1014—1989罐內(nèi)液體石油產(chǎn)品計量技術(shù)規(guī)范》等，質(zhì)量流量計用于液體石油產(chǎn)品動態(tài)計量的國家標準遲遲沒有出臺。筆者認為，這是質(zhì)量流量計取代檢尺作為鐵路罐車裝載液體石油產(chǎn)品的計量手段，至今依然存在阻力的主要原因。

某集團公司即將頒布的《液化石油氣交接計量方法》中，首推質(zhì)量流量計計量。筆者期待該公司液體石油產(chǎn)品動態(tài)計量企業(yè)標準早日出臺。

7 結(jié)語

準確度高、重復性好的質(zhì)量流量計取代檢尺，用于鐵路罐車液體石油產(chǎn)品的充裝計量，是技術(shù)進步與時代發(fā)展的必然趨勢。早日頒布質(zhì)量流量計用于石油和液體石油產(chǎn)品動態(tài)計量的國家規(guī)范，確保交接計量的公正、準確及高效，對于推動技術(shù)進步、促進清潔生產(chǎn)、提高運輸效率和降低社會成本有著積極意義。

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