基于伺服密度计的成品油自动计量系统的搭建及深化应用

万先平

〔中国石化销售股份有限公司华中分公司 湖北武汉 430015〕

随着时代的进步和技术的发展，成品油手工计量因其人工计量误差、作业安全隐患及管理漏洞等局限性而逐步被自动计量所替代。近年来，国内对成品油储罐自动计量系统的研究与应用，推动了自动计量系统在满足技术指标及精度要求的基础上实现计量交接和库存管理。

1 国内成品油储罐自动计量系统的分类及应用情况

国内成品油储罐人工计量的历史已延续多年，在技术进步和信息发达的时代，人工计量的局限和弊端已明显的显现出来，不适合也不满足行业发展需要。自动计量系统应运而生，根据其工作原理和方法、产生的先后顺序及技术成熟度，主要分为三种[1-2]，各自的组成、技术方法和应用情况如表1。

表1 自动计量系统分类与应用

2 伺服密度计在储罐油品计量方面的应用

根据国家质检总局和国家标准化管理委员会发布的国家标准《GB/T 25964—2010石油和液体石油产品采用混合式油罐测量系统测量立式圆筒形油罐内体积、密度和质量的方法》[3]，当油品液位与底部压力传感器高度接近时，根据测量压力计算密度值的不确定度会较大。这主要是随着储罐内油品液位降低，液位计测量液位的相对误差逐渐增大，底部压力变送器测量压力的相对误差也逐渐增大。所以，当储罐内油品液位低于某一液位值时，HTMS提供的密度参数存在很大的不确定度，这也是HTMS系统的固有缺陷[4]。

想要提高自动计量系统的测量精度，首先要解决密度测量误差的短板问题，特别是储罐低液位时油品密度的准确度。采用便携式手持电子密度计替代人工取样测量密度，每年将便携式密度计送到有资质的单位进行校准，并且每月对其测量的油品温度及标准密度数据与人工计量数据进行比对，截取近一年时间对一台设备编号为PNA170120003A的便携式密度计与人工计量储罐油品温度、标准密度的比对数据，具体差异见图1。

图1 便携式电子密度计与人工测量数据差异比对图

如图1所示，油温差异最大为±0.3 ℃，平均差异为-0.1 ℃，负向平均差异为-0.2 ℃，正向平均差异为0.2 ℃；标准密度差异最大为0.5 kg/m3，平均差异为-0.1 kg/m3，负向平均差异为-0.3 kg/m3，正向平均差异为0.4 kg/m3，证实了便携式手持电子密度计在温度及密度测量方面较高的准确度和稳定性。

便携式电子密度计的结构主要分为传感器和变送器两部分，关键部件就是谐振式液体密度传感器，通过谐振子振动特性实现密度的测量。同时在密度传感器中置入高精度温度传感器，保证密度、温度的同时、同位测量。此外，在密度传感中还加入了水位探测器，可自动测量储罐油水界面。经探讨，将电子密度计稍加改造，融入HTMS系统中，可解决原有HTMS系统密度测量问题。

3 基于伺服密度计的自动计量系统的搭建

以某成品油储备库为例，该油库在2012年油罐改造时参照GB/T25964-2010，以伺服液位计为主体搭载压力变送器和多点平均温度计形成混合计量系统，具备储罐油品液位、温度、密度和水位自动测量功能。经比对、调试和应用，该系统液位、温度测量基本能满足精度要求，但密度误差特别是液位在3 m以下时非常大，且系统无法测量单点密度和油品密度分层，无法全面应用于计量交接和库存管理，对该储备库油品进出库作业效率和盘点准确性有一定制约和影响。

3.1 新型自动计量系统的搭建

现根据储备库现场调研，制定了该储备库原自动计量系统改造升级方案，在不改变原自动计量系统的前提下加装伺服密度计，直接测量储罐内油品液位、温度、密度(可根据需要指定位置)，进而计算油品体积、质量等。具体实施方案：一是利旧现有液位计，进行液位测量；二是在储罐计量口安装量油转换器和伺服密度计；三是伺服密度计信号线与液位计信号线兼容，利旧现有液位计信号线，并在两台设备之间敷设连接线；四是中控室安装显示控制仪，作为计量系统的操作平台，并集成现有液位计液位信号，统一运算处理；五是与油库PLC系统对接，预留接口，方便远程查看。

为确保现场安全，在不影响现场正常生产作业、不清罐、不动火的条件下，通过上述改造方案的实施完成了自动计量系统的硬件搭建。

3.2 系统调试

根据油品销售企业《油库自动计量技术标准》，油罐自动计量系统比对测试验收标准如表2，系统搭建后需经调试、比对，满足验收标准后方可正式投入使用。

表2 油罐自动计量系统比对测试验收标准

n——数据比对测量次数；初次评价n≥30，运行中评价可选择n≥15；

xn——测试比对第n次人工测量值；

系统调试应先将检定合格且在有效期内的储罐容积表导入自动计量系统服务器，再根据现场实际进行界面组态和参数设置，涉及作业管理类型、储罐基础配置、储罐计量参数、高低液位及密度报警参数以及用户权限分级、远程诊断调试等。

3.3 系统验收

为确保该自动计量系统数据的准确性和稳定性，经过半年时间的人工计量与自动计量数据比对和修正，特别对于罐底板变形、计量基准点设置不准的问题，通过高中低三段不同液位高度的测量数据比对和修正，消除了基准点在正常变形范围内带来的数据影响。根据测试项目选取相应的设备进行比对测试，且比对测试设备必须经过检定或校准，并具有有效期内的检定或校准证书，且用于罐区使用的所有测试设备应满足规定的安全防爆等级要求。人工计量设备要求见表3。

表3 主要备选比对测试设备要求

在某储备库30 000 m3的立式浮顶柴油罐上加装伺服密度计，与原伺服液位计组成新的自动计量系统，并对该储罐进行不同液位高度、不同时段及不同温度情况下的油品液位、温度、密度数据采集，并与人工计量数据进行对比，共计37组数据，见表4。

表4 某储备库柴油罐自动计量系统与人工计量比对数据表

将表4的数据进行处理，并对照表2计算允差及不确定度，发现：

油水总高：90%比对数据差异S≤3 mm，smax=5 mm(≤5 mm),u=3.62 mm(≤4.2 mm)

平均温度：90%比对数据差异S≤0.5 ℃，smax=0.9 ℃(≤1.0 ℃),u=0.45 ℃(≤0.71 ℃)

平均标准密度：90%比对数据差异S≤0.5 kg/m3，smax=-0.8 kg/m3(≤1.0 kg/m3)，uρ=0.48 kg/m3(≤0.71kg/m3)

商业质量差值比：90%比对数据差异S≤0.2%，smax=-0.13%(≤0.20%)，u=0.07%(≤0.28%)。

综上，该自动计量系统完全满足验收标准，后期将继续对该系统测量数据进行抽查比对，并加强对设备硬件及软件的维护，确保其运行的稳定性和有效性。

4 自动计量系统的深化应用

4.1 监测储罐出油口密度、温度，实现发油实测密度应用

通过设置伺服密度计传感器所处位置，使其停留在储罐出油口液位高度，可实时监测出油口附近油品密度和温度，如传感器经法定计量检定机构校准合格，其所采取的密度和温度数值可作为该储罐发油密度的计算依据。

4.2 增加密度、温度测量点，实现油品分层监测与预警功能

该自动计量系统结合人工计量中标准的三点测量及加测需求，为油品温度和密度的测量提供了多种选择：三点测量、多点测量、每米测量、指定高度测量等，可以根据储罐油品具体情况选择合适的测量方式。在实际应用中，可以综合考虑测量时间和油品分层情况，既保证测量数据准确有效，又不过多延迟测量时间并确保传感器使用寿命，可以选择五点或七点测量模式，当一定时间内，系统通过各点密度值间的差异自行判断是否存在分层，并发出预警信息。

4.3 强化信息与资源，实现多功能应用及风险监控功能

该自动计量系统充分运用数据处理和信息管理平台软件，实现计量交接和库存管理、液位动态监控和异常报警、数据曲线图趋势分析、生成定制数据报表等基本功能。同时，还具备权限管理、系统日志生成、历史数据查询等风险监控功能。系统日志用于记录系统所有操作，不可删除，为排查风险提供依据。

4.4 与ERP系统有机结合，实现计量自动化、信息化管理

基于ERP集成化、灵活性、开放性的特点，结合自动计量系统的多功能和特性，可以考虑将ERP系统和自动计量系统在数据采集和传输方面实行有效集成，即将自动计量系统实时采集的原始数据直接传输到ERP中，由ERP内的计量数据模型自动计算油品体积、质量，减少日常工作中人工录入ERP数据，一方面提高了工作效率，另一方面又保证了数出一门，减少人工干预。

5 结束语

基于伺服密度计的自动计量系统打破了传统混合式自动计量系统密度测量不准的瓶颈，在提质降耗增效的大环境下，后期还需要通过加强数据比对和软硬件维护，进一步提高自动计量系统的准确度和稳定性，通过深化应用实现自动测量和信息化管理，能更加便捷、高效地实现风险控制、物流过程控制及成本效益控制，构筑智能供应链管理。