质量流量计用于铁路罐车液体石油产品的充装计量

徐丽敏 孙晓林 祁 峰 何松杰

0 引言

铁路罐车装载液体石油产品的计量手段主要有5种，其中采用称重方式的静态电子轨道衡准确度高、可靠性好，但需要摘钩进行逐节称量，劳动强度大，工作效率低；动态电子轨道衡准确度低, 重复性差，从而限制了称重方式的使用。目前，罐车检尺、质量流量计及容积式流量计是主要计量手段。传统的检尺计量准确度低，环节多，影响因素多。然而，用准确度高、重复性好的质量流量计取代检尺作为铁路罐车装载液体石油产品的计量手段，却依然存在阻力。本文通过比较测量准确度和经济性，认为这一取代是合理且是必须的。

1 罐车检尺计量存在的主要问题

1.1 罐车容积表标错率高

罐车容积检定后，表号多由临时雇用人员集中喷漆，错误率较高；据某公司不完全统计，罐车容积表标错率达10%～15%。2010年3月，某集团公司调研组在某分公司随机抽查了50个罐车容积表，与国家总站核对，发现其中2个标错，导致算量不正确。全国每天都有标错的容积表在损害着供需双方的合法权益(有时也包括中间环节的经营公司)，仅仅因为习以为常而被大家忽视。

1.2 计量过程复杂， 工作效率低

罐车人工检尺、测温、采样、分析和查表计算等过程复杂，遇到异型罐车计量更麻烦，导致罐车停留时间较长，降低了鹤位利用及铁路运输的效率，加大了社会和人工成本，越来越不适应市场经济发展的要求。

1.3 计量准确度低

传统的罐车计量通过人工检尺、测温、采样分析并通过温度修正计算得出重量，环节多、影响因素多且测量准确度低，尤其是油品分层、风雨等恶劣天气对测量结果影响更大。

1.4 无法实现密闭装车 油气挥发损耗大

检尺计量需人工监视装载过程，无法实现密闭装车。装车过程由于罐内油品气化与气体空间减小使油气逸出，造成的装载损耗不容忽视。据某公司介绍，每次汽油装车挥发的油气甚至超过装车量的0.17%左右。蒸发的油气污染了环境，还成为安全隐患；同时，恶劣的工作环境还会危害操作员工的身体健康。

1.5 容易欠装或超装

人工目测液位容易出现欠装或超装现象，造成运输资源浪费或安全隐患，增加了用户和铁路部门成本。

1.6 操作不规范

据有关调查，罐车计量中，操作不规范的现象较普遍。如油品密度在罐车顶上测定，规范明确要求在没有空气流动的地方进行。

量油尺的检定结果应出具修正值，但有的检定单位没有给出修正值，无法修正；有修正值的，不少单位不做修正。温度计、密度计等检定时给出的修正值，不少单位也不做修正。

罐车计量需2次检尺后按规范取数，但不少计量员仅1次检尺直接读数。

2 质量流量计提高了流体质量测量准确度

2.1 质量流量计在油品贸易交接计量方面的广泛应用

随着20世纪90年代科氏力质量流量计的问世，我国以质量为单位的流体交接计量技术跃上了新的台阶。质量流量计具备的高准确性、高稳定性和直接质量流量测量，避免了传统体积流量测量方法因受温度、压力、黏度和密度等因素的影响而难以达到所标称的测量准确度，改变了传统高准确度流量计依靠机械结构来实现流量测量的落后方式。因而，国内在以质量为单位的大宗油品贸易交接，如装船、管输、汽车罐车充装中，质量流量计取代立式储罐计量，成为主要计量手段，并在石油化工企业内部的油品输转、计量核算和工艺控制等方面得到了广泛应用与认可。

2.2 质量流量计性能测试

2007年，针对质量流量计在贸易交接计量中的广泛应用，石油工业计量测试研究所对质量流量计厂商Micromotion生产的CMF300 型质量流量计(配2400S 型变送器)进行了性能测试，测试分4步进行：水流量装置基础测试、柴油体积管测试、原油体积管测试和水流量装置复现性测试，从而验证了质量流量计的油品计量性能。

2.2.1 水流量装置基础测试

按照检定规程进行基本性能测试，测试流量点共6个，依次为190(装置最大流通能力)、136、54.4、27.2、13.6t/h，最后回到190t/h，每个流量点测7次。在基本性能测试中，CMF300在测试量程范围内的误差均在±0.1%内，重复性不大于0.01%，展现了很好的基本测量性能。

2.2.2 柴油和原油测试

采用体积管法变黏度测试试验。测试介质分别为柴油和原油，检定流量点共5个，从大流量点依次检到小流量点，然后再返回最大流量点复检，每个流量点检3次。柴油温度为36.5℃，密度为807.05kg/m3，运动黏度为5.95×10-6m2/s；原油温度为57℃，密度为 851.1kg/m3，运动黏度为34.20×10-6m2/s。测试数据表明，CMF300在以柴油、原油为介质的测试中，重复性均不大于0.03%，测试误差均在±0.15%范围内。

2.2.3 水流量装置复现性测试

在结束原油测试之后，测试组对CMF300质量流量计进行了水流量装置复现性测试，检查经过柴油和原油测试后的性能变化和复现性。水流量装置复现性测试与水装置基础测试的流量计系数设置相同，两次水装置测试时流量计状态基本相同。CMF300在正常安装条件下共测试了5个流量点，分别是195.5(装置最大流通能力)、136.3、54.7、27.3t/h，再返回195.6t/h，每个点测7次。

测试组比较2次测试误差和曲线得出：水装置复现性测试中，CMF300重复性依然良好，与基础测试误差曲线基本吻合；经过成品油和原油测试后，CMF300水装置测试复现性良好。

3 不同手段测量液体石油产品的准确度比较

在符合《JJG 140—98 铁路罐车容积》规定要求的条件下和准装高度范围内，铁路罐车罐体容积检定的总不确定度小于0.4%；由于液位检尺测量、测温、采样、密度及含水分析各项误差的合成，按《SY-5670—1993石油及液体石油产品铁路罐车交接计量规程》进行油品交接，测量误差为±0.7%。

采用0.2级容积式流量计，按《SY-5671—1993 石油及液体石油产品流量计交接计量规程》进行油品重量计量的综合误差达到±0.35 %。这是体积测量、测温、采样、密度及含水分析各项误差的合成。

采用0.15或0.2级质量流量计，直接得出质量量，避免了容积式流量计采样、测温和密度分析等各项误差的影响，测量的总不确定度小于0.2%。

显见，测量准确度最高的是质量流量计，液体石油产品采用铁路罐车检尺计量，其基本误差超过质量流量计的3倍。

4 采用质量流量计装车计量的基本做法

质量流量计用作铁路罐车装载液体石油产品的计量手段，国内已有大量实践。方法多数构成局域网络，搭建计量交接系统，采用标准RS485通信接口，通过数据通讯方式将质量流量计直接测量的油品质量流量、密度及温度等相关参数采集至上位机(服务器)或DCS、PLC，以显示、记录、管理。最新的计量交接系统有采用主操作室上位机定量控制以及现场批量控制器控制的两层分布控制模式，以确保罐车定量装车的准确性、安全性与可靠性，最大限度地利用罐车资源，用质量流量计数据进行贸易结算。通过现场控制、上位监控和远程管理，实现了火车装车出厂计量的自动化、信息化。

4.1 现场控制

由专用的现场隔爆型定量控制器完成相应的功能。定量控制器与上位计算机之间经通讯总线交换信息，它接收上位计算机发来的发油批量、仪表系数和时间常数等信息，根据上位机的指令独立完成定量发油任务，并及时将实时发油状态数据送到上位计算机上显示、存储并利用。

4.2 上位监控

主要功能是实现对下位机参数设置，实时显示各定量控制器的发油信息，统计、存储历史发油记录，并与公司的管理网络相连，作为ERP 系统的支撑，接收销售部门的发货订单信息、上传发货信息以及其他相关信息；将所有与计量相关的实时参数如油品密度、温度、压力、瞬时流量和累计流量等均自动保存并生成曲线，备随时调阅、溯源，以确保计量数据的安全与准确可靠。

4.3 远程管理监督

通过计量管理信息系统，实现远程监控，订单与实际发油量确认，实现 “管控一体化”目标。

5 采用质量流量计搭建计量交接系统实现的效果

5.1 装车定量准确， 提高罐车的装载率

铁路部门为安全运输起见，罐车营运中重视有效容积管理，严禁油品超载，以保证运输过程中油品体积膨胀后不外溢、不冒罐。因此，准确控制装载量，既保证运输安全又能保证装载率，可提高运输效率，降低运输成本。

罐车人工检尺计量很难控制装载率，因此，不少企业在装载过程中往往以牺牲装载率，来确保运输安全，浪费了运输资源。采用质量流量计灌装计量，为控制装载量提供了技术保证。因同一种类型的罐车罐容体积基本相同，因此只要根据罐车类型与环境温度，设置批量值就能准确控制罐车装载数量，即可提高运输效率。

例如，某公司成品油火车装车出厂装载率由人工控制时，为保安全，装载率只能达到91%；采用质量流量计搭建计量交接系统，用质量流量计的体积累积量作为批量控制值，质量累积量作为贸易结算量，装车率达到94%～95%，比人工控制装车上升3～4个百分点。

以每年铁路罐车出厂成品油120万吨、每节罐车装45吨为例，按91%装载率计算共需槽车26667节；按95%装载率计算，每节槽车多装2吨，共需25532节，实际可减少车皮1135节，经济效益与社会效益非常可观。

5.2 实行批量控制 使油品密闭装车成为可能

罐车检尺需人工监视装载过程，无法实现密闭装车，装车过程由于油罐车大呼吸造成的油品装载损耗，某集团公司已试用内控标准：如京陕江浙等B类地区，汽油火车装车损耗为0.13%，粤桂川闽等A类地区为0.17%，可见损耗较大。同时油气的蒸发污染了环境。采用质量流量计定量装车，可准确可靠地控制装载率，实时监控装载量，为实现密闭装车、降损减排、清洁生产提供了保证。

5.3 实现罐车装载过程的实时监控

某公司采用质量流量计构建计量系统进行油品装车计量，实现了全天候对油品铁路出厂安全及防盗方面的有效控制。如2010年8月27日系统提示当日没有航煤装车作业，但总表及1号鹤位质量流量计分别计数0.102t和0.111t。有关人员在远程监控系统中发现此情况后，立即展开调查，证实是因油品储运部门在维修1号台位鹤管排油所致。

5.4 加快出厂速度

由于采用质量流量计进行计量，取消了人工检尺与测温的工作程序，一列24节火车装车出厂至少可节约时间1小时。

6 质量流量计用作铁路罐车计量手段的主要阻力

6.1 测量技术水平的限制使罐车检尺计量成为习惯做法

提高测量准确度一直是流量计技术发展的难题，多年来，除了有些容积式流量计测量准确度、重复性比较高外，差压式、速度式等其他类型的流量计准确度、可靠性和重复性等一些技术指标均不够理想，制约了其在贸易交接计量中的应用和发展。铁路罐车作为重要的运输工具，在20世纪90年代以前制定交接计量标准时，不得不受测量技术水平的限制，考虑到经济性和实用性，对液体罐车只能采用直观、原始的检尺作为计量手段，沿用至今成为习惯做法。

6.2 计量规范滞后

质量流量计不但在国内贸易中已广泛应用，还在广州、南京等海关用作油品出口计量器具；然而，除液态烃属带压介质，国家已颁布相应计量规范外，如《GB/T 17286.1—1998 液态烃动态计量一般原则》、《SY/T 6682—2007用科氏质量流量计测量液态烃流量》、《JJF 1014—1989罐内液体石油产品计量技术规范》等，质量流量计用于液体石油产品动态计量的国家标准迟迟没有出台。笔者认为，这是质量流量计取代检尺作为铁路罐车装载液体石油产品的计量手段，至今依然存在阻力的主要原因。

某集团公司即将颁布的《液化石油气交接计量方法》中，首推质量流量计计量。笔者期待该公司液体石油产品动态计量企业标准早日出台。

7 结语

准确度高、重复性好的质量流量计取代检尺，用于铁路罐车液体石油产品的充装计量，是技术进步与时代发展的必然趋势。早日颁布质量流量计用于石油和液体石油产品动态计量的国家规范，确保交接计量的公正、准确及高效，对于推动技术进步、促进清洁生产、提高运输效率和降低社会成本有着积极意义。

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