基于液位仪系统大数据的加油站油品计重密度研究与应用

何家惠,曾勇昭，黄闯

(中国石化销售股份有限公司 广西石油分公司，广西 南宁 530021)

中国油品进货(结算体制)是按质量进行财务结算，而加油站零售是按体积和体积单价进行油品销售，销售油品的体积数必须通过计重密度换算为成品油质量后记账，计重密度的准确性将直接影响加油站油品质量损溢。由于市场上加油站自动计量油品密度的设备普遍价格昂贵，在加油站全面推广应用成本较高，加油站基本没有安装密度测量设备，目前主要采取油库出库油品加权平均计重密度或取部分加油站加权平均计重密度作为加油站计重密度。但直接以油库出库油品加权平均计重密度作为加油站计重密度，没有考虑加油站实际销售时的温度变化影响，误差较大；取部分加油站加权平均计重密度作为加油站计重密度因选取站点少代表性不够，误差较大，且人工每天测量库存油品密度劳动强度大。因此，迫切需要一种经济实用、科学合理、便于推广应用的计重密度取数方法，减少加油站虚假损溢。

1 计量名词术语及定义

加油站出库油品计量计重密度取数方法涉及的计量名词术语及定义[1]如下：

1)计量体积(Vt)： 储油容器或管线内的油品在计量时的温度下的油品体积，m3或L。

2)标准体积(V20)： 在标准温度20 ℃下的体积，m3或L。

3)标准温度： 确定某些随温度而变化的物理量时选定的一个参考温度。国内规定20 ℃为标准温度。

4)计量温度(t)： 储油容器或管线内的油品在计量时的温度， ℃。

5)试验温度(t′)： 在读取密度计读数时的液体试样温度， ℃。

6)标准密度(ρ20)： 在标准温度20 ℃下的密度，kg/m3或g/cm3。

7)视密度(ρ′20)： 在实验温度下，玻璃密度计在液体试样中的读数，kg/m3或g/cm3。

8)体积修正系数(VCF)： 油品在标准温度下的体积与其在非标准温度下的体积之比(VCF=V20/Vt)。

2 测量原理

2.1 油品混合理论标准密度计算

2.1.1 两种不同密度的油品相混合理论标准密度计算

两种不同密度的油品相混合，混合后的理论标准密度ρ20计算如式(1)所示[2]：

(1)

2.1.2 两种以上不同密度的油品相混合理论标准密度计算

根据式(1)，可引申出两种以上不同密度的油品混合后的理论标准密度ρ20计算如式(2)所示：

(2)

2.2 油品计重密度计算

2.2.1 油品质量计算

由于质量是在真空中称量得到的，而成品油在实际贸易中是在空气中进行的，会受到额外空气浮力影响，因此在计量油品数量时，应修正空气浮力，将标准密度减去空气浮力后修正值为1.1 kg/m3， 再乘以标准体积就得到油品在空气中的质量(商业质量)。油品商业质量m计算如式(3)所示[3]：

m=V20(ρ20-1.1)

(3)

2.2.2 油品的标准体积计算

油品的标准体积计算如式(4)所示[3]：

V20=Vt·VCF

(4)

2.2.3 油品质量计算公式转化

结合油品质量和标准体积计算公式可将油品质量公式写成如式(5)所示：

m=Vt·VCF(ρ20-1.1)

(5)

VCF(ρ20-1.1)是油品在计量温度下的空气中的密度(计重密度)，VCF可以根据ρ20和t查GB/T 1885—1998《石油计量表》得到[4]。加油站加油机发油体积是计量温度下的体积，乘以油品计重密度即可得到油品质量，因而只要知道了油品计重密度就可以计算油品质量，用于计量账务管理。

3 基于液位仪大数据计算油品计重密度

3.1 加油站液位仪大数据取数

笔者所在单位油库发油每一单油品在加油站液位仪系统中均记录有油品的原发标准密度，油品经油罐车运输到加油站，通过液位仪系统自动计量地罐交接，自动计算出卸油前罐存油品标准体积和地罐实收油品的标准体积。该系统每小时自动计量加油站罐存油品的存量和温度，可计算出罐存油品每小时罐存变化量。液位仪大数据取数计算计重密度数据源如图1所示。

图1 液位仪大数据取数计算计重密度数据源示意

3.2 加权平均标准密度计算

通过加油站液位仪系统记录的卸油前罐存油品标准体积、地罐实收油品的标准体积、原发标准密度和罐存油品标准密度(初始罐存油品的标准密度可通过手工计量得到，后续以上一次加权平均标准密度替代)，依据混合后理论标准密度公式计算出加油站罐存油品的加权平均标准密度。

3.3 加权平均计量温度计算

根据加油站液位仪系统罐存油品每小时罐存变化量和每小时的计量温度计算罐存油品的加权平均计量温度。

3.4 油品计重密度计算

计算出罐存油品加权平均标准密度和加权平均计量温度后，加权平均标准密度和加权平均计量温度可根据文献[4]查得VCF，再根据公式VCF(ρ20-1.1)计算出油品计重密度。

4 油品混合标准密度比对实验

4.1 实验室小样比对

4.1.1 两种不同标准密度的油品混合实验

1)两种不同标准密度车用柴油的混合实验。实验选取两种不同标准密度的0号车用柴油(Ⅵ)进行混合，充分搅拌均匀后测量油品的视密度、试验温度、计量温度、计量体积。两种不同标准密度的0号车用柴油(Ⅵ)分别编号为1号油样和2号油样，实验数据见表1所列，后续实验环境温度均为26.6 ℃。

表1 两种不同标准密度的柴油混合实验数据

根据两种不同标准密度的油品混合后的理论标准密度计算两个柴油油样混合后的理论标准密度为834.2 kg/m3。因此，经实验测量和理论计算得出，两种不同标准密度混合的柴油油样测量实际标准密度与理论计算得出的标准密度差值为0.1 kg/m3。

2)两种不同标准密度车用汽油的混合实验。实验选取两种不同标准密度的95号车用汽油(Ⅵ)进行混合，充分搅拌均匀后测量油品的视密度、试验温度、计量温度、计量体积。两种不同标准密度的95号车用汽油(Ⅵ)分别编号为1号油样和2号油样，实验数据见表2所列。

表2 两种不同标准密度的汽油混合实验数据

根据两种不同标准密度的油品混合后的理论标准密度，计算两个汽油油样混合后的理论标准密度为744.3 kg/m3。因此，经实验测量和理论计算得出，两种不同标准密度混合的汽油油样测得的实际标准密度与理论计算得出的标准密度差值为0.2 kg/m3。

4.1.2 两种以上不同标准密度的油品混合实验

1)两种以上不同标准密度车用柴油的混合实验。实验选取10种不同标准密度的0号车用柴油(Ⅵ)进行混合，充分搅拌均匀后测量油品的视密度、试验温度、计量温度、计量体积。10种不同标准密度的0号车用柴油(Ⅵ)分别编号为1号～10号油样，实验数据见表3所列。

表3 两种以上不同标准密度的柴油混合实验数据

续表3

根据两种以上不同标准密度的油品混合后的理论标准密度，计算柴油油样混合后的理论标准密度为834.6 kg/m3。因此，经实验测量和理论计算得出，10种不同标准密度混合的柴油油样测得的实际标准密度与理论计算得出的标准密度差值为0.2 kg/m3。

2)采用同样方法实验两种以上不同标准密度车用汽油的混合实验，实验数据见表4所列。

表4 两种以上不同标准密度的汽油混合实验数据

根据两种以上不同标准密度的油品混合后的理论标准密度计算汽油油样混合后的理论标准密度得743.4 kg/m3。因此，经实验测量和理论计算得出，10种不同标准密度混合的汽油油样测量实际标准密度与理论计算得出的标准密度差值为0.3 kg/m3。

4.1.3 测量不确定度分析

(6)

3)石油密度计倾斜引入的不确定度u3。石油密度计检定时干管与液面间垂直偏差不大于0.1个分度值[5]，SY-05型石油密度计倾斜引入误差的区间半宽a=0.1×0.5=0.05 kg/m3，其不确定度符合三角分布。

4)温度对石油密度计引入的不确定度u4。石油密度计检定时液温与室温之差不大于5 ℃，且玻璃体膨胀系数因材料原因存在2×10-6/℃的不确定度[5]，因而对石油密度计示值的不确定度为

u4=ρ20×5×2×10-6≈0.01(kg/m3)

5)合成不确定度uc：

6)扩展不确定度U：

U=k×uc=0.34 kg/m3≈0.3 kg/m3,k=2

4.2 油品计重密度应用实例

4.2.1 加油站计重密度比对实验

为论证计重密度在加油站实际应用的可行性，笔者在单位所属的8座加油站的95号车用汽油(Ⅵ)和0号车用柴油(Ⅵ)进行现场实验比对。通过加油站液位仪系统卸油前罐存油品标准密度、罐存油品标准体积、油库原发标准密度、地罐实收标准体积计算混合后的理论标准密度，结合加油站液位仪测量罐存温度计算计重密度，并与现场手工计量计重密度进行对比。比对误差如图2和图3所示。

图2 95号车用汽油(Ⅵ)计重密度实验比对误差示意

图3 0号车用柴油(Ⅵ)计重密度实验比对误差示意

经现场实验比对，通过加油站卸油前罐存油品标准密度、罐存油品标准体积、油库原发标准密度、地罐实收标准体积以及液位仪测量罐存温度计算油品的计重密度与手工计量计重密度误差在±0.5 kg/m3范围内，计重密度在加油站实际应用可行。

4.2.2 加油站盘点零售损耗计算

加油站每月盘点，通过盘点了解加油站油品质量损溢情况。期末库存量即为下期的期初库存量，可以通过现场手工计量计算得到期初库存量和期末库存量的油品质量；油库发油按质量发货到加油站，加油站计量账务上记录期内购进量的质量；期内出库量的质量可以通过加油机销售的计量体积乘以计重密度得到。加油站油品质量损耗计算如式(7)所示：

油品损耗量=期初库存量+期内购进量-
期内出库量-期末库存量

(7)

4.2.3 计重密度在加油站账务管理应用实例

笔者所在单位某地市公司在营加油站85座，原来是选取了10座加油站每天上午、下午各手工计量一次油品计重密度，然后以取数站点测得的计重密度算术平均值作为当天销售油品的计重密度。部分站点取数计算的计重密度因选取站点少代表性不够，误差较大，且人工每天测量库存油品密度劳动强度大。以2020年3月1—5日95号车用汽油(Ⅵ)计重密度为例对比分析，比对数据见表5所列。

表5 液位仪系统大数据计算与部分站点取数计算计重密度对比

由表5可知，该地市公司2020年3月1—5日部分站点取数计算计重密度比液位仪系统大数据计算计重密度偏小2.4～4.8 kg/m3，计重密度误差较大，造成该地市公司95号车用汽油(Ⅵ)在ERP系统加油站零售油品质量损溢率为0.06%，ERP系统加油站零售质量损溢率与加油站零售管理系统零售实际升数损溢率-0.02%差异较大，造成虚假亏损。

该地市公司从2020年3月6日开始启用液位仪系统对每座加油站大数据计算计重密度，当月盘点95号车用汽油(Ⅵ)ERP系统加油站零售质量损溢率为-0.02%，加油站零售管理系统零售升数损溢率为-0.01%，质量损溢和升数损溢水平相当，液位仪系统大数据计算计重密度取数代表性更好、计重密度准确性更高，有效减少油品虚假损溢。

4.2.4 加油站零售配送提油密度监控

零售配送提油以“吨”计量，加油站零售配送从加油机发油，需通过手工计量计重密度计算发油质量，密度系统上线之前难以监控零售配送计重密度准确性，存在一定计量风险。通过加油站液位仪系统记录的每一单油品出库标准密度、数量与加油站库存油品标准密度、数量可计算得到加油站油品的加权平均标准密度。根据罐存油品加权标准密度和零售配送提油时罐存油品温度可计算出油罐油品实时的计量密度，实现远程后台监控零售配送计重密度准确性，降低计量风险，为经营管理服务。

5 结束语

经测量原理论证，建立了基于加油站液位仪系统大数据计算加油站油品计重密度的方法，标准密度比对实验汽油和柴油的最大标准密度差值为0.3 kg/m3，扩展不确定度为0.3 kg/m3(k=2)；加油站计重密度比对实验汽油和柴油的计重密度误差均在±0.5 kg/m3范围内。经实验比对数据和应用实例表明，基于加油站液位仪系统大数据计算加油站油品计重密度用于加油站销售质量计算和零售配送计重密度监控，不仅取数代表性好、准确性高、时效性强，而且可减少加油站油品虚假损溢，降低计量风险，劳动强度大幅降低，值得推广应用。