石油计量表自动计算的方法研究

沈文敏，沈聪

1.中国石油 辽河油田分公司（辽宁 盘锦 124100）

2.The University of New South Wales（Sydney Australia NSW 2000）

GB/T1885—1998是GB/T1884—2000（密度计法）的配套组成部分。化验人员依据GB/T1884—2000测定样品在试验温度下的视密度，再依据GB/T 1885—1998的表59A、表60A、表59B等相关石油计量表的使用方法，查表并进行相关计算，才能得到样品20℃的标准密度ρ20及体积修正系数VCF20。同时GB/T 1885—1998推荐使用石油计量表计算程序，在附录中给出了原油、润滑油及其他石油产品标准密度(20℃密度)的计算流程[1]，作为标准程序的计算执行步骤编制计算机程序用于无表情况下的计算。以EXCEL 2013办公软件为平台，通过迭代法实现石油和石油产品密度、体积修正系数的自动计算转换，避免人工查表，无需编程，简单易懂[2-5]。

1 建立方程

在IS0 91-1—1991中给出的计算公式为：修正系数：

式中：e为自然对数的底数，无量纲；Δt为试验温度t与15的差值，℃；α15为标准温度15℃的石油体积膨胀系数，m/K；K0、K1、A为常数；ρ15为标准温度15℃的石油密度，kg/m3。

常数K0、K1、A，在不同原油及石油产品的密度区间内取值不同，具体见表1。依据体积修正系数定义,则VCF15的计算公式为：

表1 石油体积膨胀系数表

式中：ρt为实际密度，kg/m3；VCF15为标准温度15℃的体积修正系数，kg/m3。

玻璃密度计在使用时涉及到热膨胀系数修正，其视密度修正公式[6]为：

式中：ρr为视密度，kg/m3；t为试验温度，℃；r为标准温度，℃。

2 逻辑演算

依据GB/T 1885—1998附录B石油计量表计算流程以及公式（1）-（4），采用迭代法计算ρ15，再依据ρ15计算ρ20、VCF20。

2.1 ρ15求解

令r=20℃，整理方程（1）（2）（3）（4）得到：

式中：Δt=t-15℃。

假设ρr的值赋给ρ15，由式（2）、（5）计算求出的值，如果ρ15与差值的绝对值大于给定的收敛精度，则将再赋给ρ15，经过重新计算得到新的，再重新比较差值。直至ρ15与差值的绝对值小于给定的收敛精度，则停止计算，即可得到ρ15。

2.2 ρ20求解

以求得的ρ15为依据，求得α15，再由式（1）、（4）代入t=20℃，VCF15=则：

式中：ρ20为20℃的密度，kg/m3；ρ15为15℃的密度，kg/m3；Δt=20℃-15℃。

任意温度t′对应的密度ρt′，采用公式（6），其中Δt=t′-15℃。

2.4 VCF20求解

以求得的ρ15为依据，求α15，将计量温度t″、20℃分别代入式（1）：

VCF15(t″)=V15/Vt′=e-α15(t″-15)(1+0.8α15(t″-15))

VCF15(20)=V15/V20=e-5α15(1+4α15)

(V15/Vt′)/(V15/V20)=V20/Vt′=VCF20，则：

2.5 API度

美国以API度作为原油分类的基准，其标准温度为15.6℃（60°F），它和15.6℃时的相对密度（与水比）的关系：API=(141.5/相对密度)-131.5。

式中：ρoil,15.6℃为15.6℃（60℉）原油的密度，kg/m3；ρH2O,15.6℃为15.6℃（60℉）水的密度，kg/m3。

3 基于EXCEL平台的实现

3.1 求解说明

以原油为例(以下同)，通过Office EXCEL 2013自身的迭代计算功能，实现数据的自动求解，避免宏计算的编程，方法简单易懂。

首先建立如图1所示的EXECL工作表，打开“EXCEL选项”，鼠标左键点击“公式”，在“计算选项”“工作簿计算”中选择“自动计算”“启用迭代计算”，“最多迭代次数”选择100，“最大误差”选择0.000 1。

图1 EXCEL表格建立1阶段

3.2 ρ15求解

在D5单元格输入待求的ρ15=792，在E5单元格输入公式（5），待运行结束后再设置单元D5=E5，这样经过N次迭代后两者可以得到相同的值，即为所求ρ15的真值。选定A5：E5单元格向下填充即可求得相应类别的ρ15值。

3.3 ρ20求解

在F5单元格输入公式（6），选定F5单元格向下填充即可求得相应类别的ρ20值。

3.4 ρoil,15.6℃求解

在G5单元格输入公式（6），选定G5单元格向下填充即可求得相应的ρoil,15.6℃值。

3.5 API度求解

在H5单元格输入公式（8），选定H5单元格向下填充即可求得相应的API度值。

3.6 ρt′求解

在I5单元格输入温度t′，在J5单元格输入公式（6），其中Δt=t′-15℃，选定J5单元格向下填充即可求得相应的ρt′值。

3.7 VCF15、VCF20求解

在K5单元格输入计量温度，在L5单元格输入公式（1）、M5单元格输入公式（7）。选定L5：M5单元格向下填充，即可求相应计量温度下的VCF15、VCF20。

3.8 数据验证

将计算数据与GB 1885—1998查表数据进行对比，20℃密度计算精度为±0.1 kg/m3，VCF20计算精度在±0.000 1，能够满足现场需求。

4 结束语

通过与GB 1885—1998查表数据对比，建立的计算公式及逻辑演算可行，采用EXEL 2013制作的石油计量表计算器，界面清晰，数据准确，避免了人工计算的复杂和失误，保证了数据的准确度，提高了工作效率，随时进行数据统计。可存储在移动电脑内，携带方便。