基于液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的加油站油品計(jì)重密度研究與應(yīng)用

何家惠,曾勇昭，黃闖

(中國石化銷售股份有限公司 廣西石油分公司，廣西 南寧 530021)

中國油品進(jìn)貨(結(jié)算體制)是按質(zhì)量進(jìn)行財(cái)務(wù)結(jié)算，而加油站零售是按體積和體積單價(jià)進(jìn)行油品銷售，銷售油品的體積數(shù)必須通過計(jì)重密度換算為成品油質(zhì)量后記賬，計(jì)重密度的準(zhǔn)確性將直接影響加油站油品質(zhì)量損溢。由于市場(chǎng)上加油站自動(dòng)計(jì)量油品密度的設(shè)備普遍價(jià)格昂貴，在加油站全面推廣應(yīng)用成本較高，加油站基本沒有安裝密度測(cè)量設(shè)備，目前主要采取油庫出庫油品加權(quán)平均計(jì)重密度或取部分加油站加權(quán)平均計(jì)重密度作為加油站計(jì)重密度。但直接以油庫出庫油品加權(quán)平均計(jì)重密度作為加油站計(jì)重密度，沒有考慮加油站實(shí)際銷售時(shí)的溫度變化影響，誤差較大；取部分加油站加權(quán)平均計(jì)重密度作為加油站計(jì)重密度因選取站點(diǎn)少代表性不夠，誤差較大，且人工每天測(cè)量庫存油品密度勞動(dòng)強(qiáng)度大。因此，迫切需要一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、科學(xué)合理、便于推廣應(yīng)用的計(jì)重密度取數(shù)方法，減少加油站虛假損溢。

1 計(jì)量名詞術(shù)語及定義

加油站出庫油品計(jì)量計(jì)重密度取數(shù)方法涉及的計(jì)量名詞術(shù)語及定義[1]如下：

1)計(jì)量體積(Vt)： 儲(chǔ)油容器或管線內(nèi)的油品在計(jì)量時(shí)的溫度下的油品體積，m3或L。

2)標(biāo)準(zhǔn)體積(V20)： 在標(biāo)準(zhǔn)溫度20 ℃下的體積，m3或L。

3)標(biāo)準(zhǔn)溫度： 確定某些隨溫度而變化的物理量時(shí)選定的一個(gè)參考溫度。國內(nèi)規(guī)定20 ℃為標(biāo)準(zhǔn)溫度。

4)計(jì)量溫度(t)： 儲(chǔ)油容器或管線內(nèi)的油品在計(jì)量時(shí)的溫度， ℃。

5)試驗(yàn)溫度(t′)： 在讀取密度計(jì)讀數(shù)時(shí)的液體試樣溫度， ℃。

6)標(biāo)準(zhǔn)密度(ρ20)： 在標(biāo)準(zhǔn)溫度20 ℃下的密度，kg/m3或g/cm3。

7)視密度(ρ′20)： 在實(shí)驗(yàn)溫度下，玻璃密度計(jì)在液體試樣中的讀數(shù)，kg/m3或g/cm3。

8)體積修正系數(shù)(VCF)： 油品在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的體積與其在非標(biāo)準(zhǔn)溫度下的體積之比(VCF=V20/Vt)。

2 測(cè)量原理

2.1 油品混合理論標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算

2.1.1 兩種不同密度的油品相混合理論標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算

兩種不同密度的油品相混合，混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度ρ20計(jì)算如式(1)所示[2]：

(1)

2.1.2 兩種以上不同密度的油品相混合理論標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算

根據(jù)式(1)，可引申出兩種以上不同密度的油品混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度ρ20計(jì)算如式(2)所示：

(2)

2.2 油品計(jì)重密度計(jì)算

2.2.1 油品質(zhì)量計(jì)算

由于質(zhì)量是在真空中稱量得到的，而成品油在實(shí)際貿(mào)易中是在空氣中進(jìn)行的，會(huì)受到額外空氣浮力影響，因此在計(jì)量油品數(shù)量時(shí)，應(yīng)修正空氣浮力，將標(biāo)準(zhǔn)密度減去空氣浮力后修正值為1.1 kg/m3， 再乘以標(biāo)準(zhǔn)體積就得到油品在空氣中的質(zhì)量(商業(yè)質(zhì)量)。油品商業(yè)質(zhì)量m計(jì)算如式(3)所示[3]：

m=V20(ρ20-1.1)

(3)

2.2.2 油品的標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)算

油品的標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)算如式(4)所示[3]：

V20=Vt·VCF

(4)

2.2.3 油品質(zhì)量計(jì)算公式轉(zhuǎn)化

結(jié)合油品質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)算公式可將油品質(zhì)量公式寫成如式(5)所示：

m=Vt·VCF(ρ20-1.1)

(5)

VCF(ρ20-1.1)是油品在計(jì)量溫度下的空氣中的密度(計(jì)重密度)，VCF可以根據(jù)ρ20和t查GB/T 1885—1998《石油計(jì)量表》得到[4]。加油站加油機(jī)發(fā)油體積是計(jì)量溫度下的體積，乘以油品計(jì)重密度即可得到油品質(zhì)量，因而只要知道了油品計(jì)重密度就可以計(jì)算油品質(zhì)量，用于計(jì)量賬務(wù)管理。

3 基于液位儀大數(shù)據(jù)計(jì)算油品計(jì)重密度

3.1 加油站液位儀大數(shù)據(jù)取數(shù)

筆者所在單位油庫發(fā)油每一單油品在加油站液位儀系統(tǒng)中均記錄有油品的原發(fā)標(biāo)準(zhǔn)密度，油品經(jīng)油罐車運(yùn)輸?shù)郊佑驼?，通過液位儀系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)量地罐交接，自動(dòng)計(jì)算出卸油前罐存油品標(biāo)準(zhǔn)體積和地罐實(shí)收油品的標(biāo)準(zhǔn)體積。該系統(tǒng)每小時(shí)自動(dòng)計(jì)量加油站罐存油品的存量和溫度，可計(jì)算出罐存油品每小時(shí)罐存變化量。液位儀大數(shù)據(jù)取數(shù)計(jì)算計(jì)重密度數(shù)據(jù)源如圖1所示。

圖1 液位儀大數(shù)據(jù)取數(shù)計(jì)算計(jì)重密度數(shù)據(jù)源示意

3.2 加權(quán)平均標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算

通過加油站液位儀系統(tǒng)記錄的卸油前罐存油品標(biāo)準(zhǔn)體積、地罐實(shí)收油品的標(biāo)準(zhǔn)體積、原發(fā)標(biāo)準(zhǔn)密度和罐存油品標(biāo)準(zhǔn)密度(初始罐存油品的標(biāo)準(zhǔn)密度可通過手工計(jì)量得到，后續(xù)以上一次加權(quán)平均標(biāo)準(zhǔn)密度替代)，依據(jù)混合后理論標(biāo)準(zhǔn)密度公式計(jì)算出加油站罐存油品的加權(quán)平均標(biāo)準(zhǔn)密度。

3.3 加權(quán)平均計(jì)量溫度計(jì)算

根據(jù)加油站液位儀系統(tǒng)罐存油品每小時(shí)罐存變化量和每小時(shí)的計(jì)量溫度計(jì)算罐存油品的加權(quán)平均計(jì)量溫度。

3.4 油品計(jì)重密度計(jì)算

計(jì)算出罐存油品加權(quán)平均標(biāo)準(zhǔn)密度和加權(quán)平均計(jì)量溫度后，加權(quán)平均標(biāo)準(zhǔn)密度和加權(quán)平均計(jì)量溫度可根據(jù)文獻(xiàn)[4]查得VCF，再根據(jù)公式VCF(ρ20-1.1)計(jì)算出油品計(jì)重密度。

4 油品混合標(biāo)準(zhǔn)密度比對(duì)實(shí)驗(yàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)室小樣比對(duì)

4.1.1 兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的油品混合實(shí)驗(yàn)

1)兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度車用柴油的混合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選取兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的0號(hào)車用柴油(Ⅵ)進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝鬁y(cè)量油品的視密度、試驗(yàn)溫度、計(jì)量溫度、計(jì)量體積。兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的0號(hào)車用柴油(Ⅵ)分別編號(hào)為1號(hào)油樣和2號(hào)油樣，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1所列，后續(xù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度均為26.6 ℃。

表1 兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的柴油混合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的油品混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算兩個(gè)柴油油樣混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度為834.2 kg/m3。因此，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算得出，兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度混合的柴油油樣測(cè)量實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)密度與理論計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)密度差值為0.1 kg/m3。

2)兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度車用汽油的混合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選取兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的95號(hào)車用汽油(Ⅵ)進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝鬁y(cè)量油品的視密度、試驗(yàn)溫度、計(jì)量溫度、計(jì)量體積。兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的95號(hào)車用汽油(Ⅵ)分別編號(hào)為1號(hào)油樣和2號(hào)油樣，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2所列。

表2 兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的汽油混合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的油品混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度，計(jì)算兩個(gè)汽油油樣混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度為744.3 kg/m3。因此，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算得出，兩種不同標(biāo)準(zhǔn)密度混合的汽油油樣測(cè)得的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)密度與理論計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)密度差值為0.2 kg/m3。

4.1.2 兩種以上不同標(biāo)準(zhǔn)密度的油品混合實(shí)驗(yàn)

1)兩種以上不同標(biāo)準(zhǔn)密度車用柴油的混合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選取10種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的0號(hào)車用柴油(Ⅵ)進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝鬁y(cè)量油品的視密度、試驗(yàn)溫度、計(jì)量溫度、計(jì)量體積。10種不同標(biāo)準(zhǔn)密度的0號(hào)車用柴油(Ⅵ)分別編號(hào)為1號(hào)～10號(hào)油樣，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3所列。

表3 兩種以上不同標(biāo)準(zhǔn)密度的柴油混合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

續(xù)表3

根據(jù)兩種以上不同標(biāo)準(zhǔn)密度的油品混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度，計(jì)算柴油油樣混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度為834.6 kg/m3。因此，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算得出，10種不同標(biāo)準(zhǔn)密度混合的柴油油樣測(cè)得的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)密度與理論計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)密度差值為0.2 kg/m3。

2)采用同樣方法實(shí)驗(yàn)兩種以上不同標(biāo)準(zhǔn)密度車用汽油的混合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4所列。

表4 兩種以上不同標(biāo)準(zhǔn)密度的汽油混合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)兩種以上不同標(biāo)準(zhǔn)密度的油品混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算汽油油樣混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度得743.4 kg/m3。因此，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和理論計(jì)算得出，10種不同標(biāo)準(zhǔn)密度混合的汽油油樣測(cè)量實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)密度與理論計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)密度差值為0.3 kg/m3。

4.1.3 測(cè)量不確定度分析

(6)

3)石油密度計(jì)傾斜引入的不確定度u3。石油密度計(jì)檢定時(shí)干管與液面間垂直偏差不大于0.1個(gè)分度值[5]，SY-05型石油密度計(jì)傾斜引入誤差的區(qū)間半寬a=0.1×0.5=0.05 kg/m3，其不確定度符合三角分布。

4)溫度對(duì)石油密度計(jì)引入的不確定度u4。石油密度計(jì)檢定時(shí)液溫與室溫之差不大于5 ℃，且玻璃體膨脹系數(shù)因材料原因存在2×10-6/℃的不確定度[5]，因而對(duì)石油密度計(jì)示值的不確定度為

u4=ρ20×5×2×10-6≈0.01(kg/m3)

5)合成不確定度uc：

6)擴(kuò)展不確定度U：

U=k×uc=0.34 kg/m3≈0.3 kg/m3,k=2

4.2 油品計(jì)重密度應(yīng)用實(shí)例

4.2.1 加油站計(jì)重密度比對(duì)實(shí)驗(yàn)

為論證計(jì)重密度在加油站實(shí)際應(yīng)用的可行性，筆者在單位所屬的8座加油站的95號(hào)車用汽油(Ⅵ)和0號(hào)車用柴油(Ⅵ)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)比對(duì)。通過加油站液位儀系統(tǒng)卸油前罐存油品標(biāo)準(zhǔn)密度、罐存油品標(biāo)準(zhǔn)體積、油庫原發(fā)標(biāo)準(zhǔn)密度、地罐實(shí)收標(biāo)準(zhǔn)體積計(jì)算混合后的理論標(biāo)準(zhǔn)密度，結(jié)合加油站液位儀測(cè)量罐存溫度計(jì)算計(jì)重密度，并與現(xiàn)場(chǎng)手工計(jì)量計(jì)重密度進(jìn)行對(duì)比。比對(duì)誤差如圖2和圖3所示。

圖2 95號(hào)車用汽油(Ⅵ)計(jì)重密度實(shí)驗(yàn)比對(duì)誤差示意

圖3 0號(hào)車用柴油(Ⅵ)計(jì)重密度實(shí)驗(yàn)比對(duì)誤差示意

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)比對(duì)，通過加油站卸油前罐存油品標(biāo)準(zhǔn)密度、罐存油品標(biāo)準(zhǔn)體積、油庫原發(fā)標(biāo)準(zhǔn)密度、地罐實(shí)收標(biāo)準(zhǔn)體積以及液位儀測(cè)量罐存溫度計(jì)算油品的計(jì)重密度與手工計(jì)量計(jì)重密度誤差在±0.5 kg/m3范圍內(nèi)，計(jì)重密度在加油站實(shí)際應(yīng)用可行。

4.2.2 加油站盤點(diǎn)零售損耗計(jì)算

加油站每月盤點(diǎn)，通過盤點(diǎn)了解加油站油品質(zhì)量損溢情況。期末庫存量即為下期的期初庫存量，可以通過現(xiàn)場(chǎng)手工計(jì)量計(jì)算得到期初庫存量和期末庫存量的油品質(zhì)量；油庫發(fā)油按質(zhì)量發(fā)貨到加油站，加油站計(jì)量賬務(wù)上記錄期內(nèi)購進(jìn)量的質(zhì)量；期內(nèi)出庫量的質(zhì)量可以通過加油機(jī)銷售的計(jì)量體積乘以計(jì)重密度得到。加油站油品質(zhì)量損耗計(jì)算如式(7)所示：

油品損耗量=期初庫存量+期內(nèi)購進(jìn)量-
期內(nèi)出庫量-期末庫存量

(7)

4.2.3 計(jì)重密度在加油站賬務(wù)管理應(yīng)用實(shí)例

筆者所在單位某地市公司在營加油站85座，原來是選取了10座加油站每天上午、下午各手工計(jì)量一次油品計(jì)重密度，然后以取數(shù)站點(diǎn)測(cè)得的計(jì)重密度算術(shù)平均值作為當(dāng)天銷售油品的計(jì)重密度。部分站點(diǎn)取數(shù)計(jì)算的計(jì)重密度因選取站點(diǎn)少代表性不夠，誤差較大，且人工每天測(cè)量庫存油品密度勞動(dòng)強(qiáng)度大。以2020年3月1—5日95號(hào)車用汽油(Ⅵ)計(jì)重密度為例對(duì)比分析，比對(duì)數(shù)據(jù)見表5所列。

表5 液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計(jì)算與部分站點(diǎn)取數(shù)計(jì)算計(jì)重密度對(duì)比

由表5可知，該地市公司2020年3月1—5日部分站點(diǎn)取數(shù)計(jì)算計(jì)重密度比液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計(jì)算計(jì)重密度偏小2.4～4.8 kg/m3，計(jì)重密度誤差較大，造成該地市公司95號(hào)車用汽油(Ⅵ)在ERP系統(tǒng)加油站零售油品質(zhì)量損溢率為0.06%，ERP系統(tǒng)加油站零售質(zhì)量損溢率與加油站零售管理系統(tǒng)零售實(shí)際升數(shù)損溢率-0.02%差異較大，造成虛假虧損。

該地市公司從2020年3月6日開始啟用液位儀系統(tǒng)對(duì)每座加油站大數(shù)據(jù)計(jì)算計(jì)重密度，當(dāng)月盤點(diǎn)95號(hào)車用汽油(Ⅵ)ERP系統(tǒng)加油站零售質(zhì)量損溢率為-0.02%，加油站零售管理系統(tǒng)零售升數(shù)損溢率為-0.01%，質(zhì)量損溢和升數(shù)損溢水平相當(dāng)，液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計(jì)算計(jì)重密度取數(shù)代表性更好、計(jì)重密度準(zhǔn)確性更高，有效減少油品虛假損溢。

4.2.4 加油站零售配送提油密度監(jiān)控

零售配送提油以“噸”計(jì)量，加油站零售配送從加油機(jī)發(fā)油，需通過手工計(jì)量計(jì)重密度計(jì)算發(fā)油質(zhì)量，密度系統(tǒng)上線之前難以監(jiān)控零售配送計(jì)重密度準(zhǔn)確性，存在一定計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)。通過加油站液位儀系統(tǒng)記錄的每一單油品出庫標(biāo)準(zhǔn)密度、數(shù)量與加油站庫存油品標(biāo)準(zhǔn)密度、數(shù)量可計(jì)算得到加油站油品的加權(quán)平均標(biāo)準(zhǔn)密度。根據(jù)罐存油品加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)密度和零售配送提油時(shí)罐存油品溫度可計(jì)算出油罐油品實(shí)時(shí)的計(jì)量密度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程后臺(tái)監(jiān)控零售配送計(jì)重密度準(zhǔn)確性，降低計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)，為經(jīng)營管理服務(wù)。

5 結(jié)束語

經(jīng)測(cè)量原理論證，建立了基于加油站液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計(jì)算加油站油品計(jì)重密度的方法，標(biāo)準(zhǔn)密度比對(duì)實(shí)驗(yàn)汽油和柴油的最大標(biāo)準(zhǔn)密度差值為0.3 kg/m3，擴(kuò)展不確定度為0.3 kg/m3(k=2)；加油站計(jì)重密度比對(duì)實(shí)驗(yàn)汽油和柴油的計(jì)重密度誤差均在±0.5 kg/m3范圍內(nèi)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)比對(duì)數(shù)據(jù)和應(yīng)用實(shí)例表明，基于加油站液位儀系統(tǒng)大數(shù)據(jù)計(jì)算加油站油品計(jì)重密度用于加油站銷售質(zhì)量計(jì)算和零售配送計(jì)重密度監(jiān)控，不僅取數(shù)代表性好、準(zhǔn)確性高、時(shí)效性強(qiáng)，而且可減少加油站油品虛假損溢，降低計(jì)量風(fēng)險(xiǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，值得推廣應(yīng)用。