LPG充装技术优选模型的构建与应用——以中海油三河气站为例

□张 鹏 于彦雷

LPG(液化石油气)依靠其热值高与清洁环保的特点成为一种出色的燃料，在实际应用中常作为炊事、供暖、汽车等终端的热量来源。在民用领域LPG充装的基本要求是安全、不间断地向用户供应合格的重瓶，做好充装生产的重要指标之一是要完成一定钢瓶量充装，但更重要的指标是要保证出站重瓶的充装合格率。近年来，瓶装LPG终端市场存在“大罐倒小罐”、混掺二甲醚、配送无资质、“无标识、无产权、无溯源”钢瓶屡禁不止，钢瓶超期服役无法溯源、各燃气企业恶性竞争等不良现象，安全事故频发。各地政府相继出台新的燃气市场管理办法，新的管理办法赋予各政府部门新的、更多的、更加专业化的监管要求。因此，构建LPG充装技术优选模型，优选出既能满足政府严格的监管要求又能为企业降低充装成本的一种LPG充装技术愈显重要。

一、LPG充装技术优选模型构建

(一)优化原则。LPG(液化石油气)充装技术需要考虑成本最优原则，然而，由于LPG(液化石油气)充装技术的设备存在较大的差异化，全国各地区的经济水平不等造成人工成本也略有不同。在构建模型时，成本函数包括两大部分，即设备总成本和人工成本，其中设备总成本又可分为：设备折旧成本、设备维护成本、设备鉴定成本和设备日常消耗成本。目标函数以充装总成本的最优进行建模分析。

(二)模型构建。

1.模型假设。一是鉴于安全考虑，身为央企安全文化是重点建设的文化，安全意识深入到每一位公司员工脑海深处，随着政府在LPG行业监管巡查的力度加紧和政策法规的陆续出台，在公司选择充装技术时，传统落后且安全监管禁止的手工充装技术不做选择；二是由于数字化转型的需求，政府和企业都在充装数据可视化、溯源化、自动分析化提出了各自的安全监管需求。而存在机械自动化充装技术的一些国企大厂，需要数字化升级的费用远远超于重新引进智能化充装技术的成本，所以此种技术也不做参考。

2.参数描述。Q：充装量，吨/天；Ci：i设备的购买成本；Ti：i设备的设计使用年限；Hij：i设备第j年的维护成本；Ni：i设备的检定成本；Wi：i设备的额定功率；Dm：m地区的实际电价；Si：i设备的数量；X：充装工人数；Rm：m地区充装工的人均月薪；L：钢瓶规格；Vi：i设备的充装效率。

3.人工成本。对于某地区充装工的人工成本，将其工资、福利、取证等一系列费用平均到人均月薪来表示，故人工成本年费用为：

R=Rm×12×X

(1)

4.设备总成本。设备总成本包括设备折旧成本、设备维护成本、设备检定成本和设备日常消耗成本4部分，分别用函数表示。

(1)设备折旧成本。固定资本(机器设备、厂房等等)在实物形态上可以长期使用，而它的价值则是按照耗损的程度逐渐转移到新产品上去。因此，为了保证再生产的正常进行，必须把转移到新产品上去的这部分固定资本价值，从销售商品的收入中及时地提取并积累起来，以备将来更新和恢复固定资本之用。这种按照固定资本耗损的程度而为它的更新提取准备金的办法，通常叫做折旧。本文采用平均年限法计算固定资产折旧，则设备年折旧成本为：

(2)

(2)设备维护成本。设备维修与保养的结合，为防止设备性能劣化或降低设备失效的概率，按事先规定的计划或相应技术条件的规定进行的技术管理措施。设备年维护成本为：

(3)

(3)设备检定成本。充装设备检定的内容就是电子秤检定，确定电子秤的计量准确性，避免因称量不准带来贸易纠纷和计量数据错误。电子秤属于电子测量仪器，其中关键元件称重传感器随着使用时间的延长，会出现零点信号变化和老化，称重时会产生准确性的变化。计量检定时会重新校准并且按照国家检定规程进行逐项检查，如果检定不合格就会禁止使用，这样就可以及时避免各种纠纷和错误的出现，保障了企业和个人的利益，还有一点是可以避免外地厂家的衡器产品，异地使用引起的地区差的影响。设备年检定成本：

Ng=Ni×Si

(4)

(4)设备日常消耗成本。本文对设备的日常消耗为设备开动期间消耗的水电费用，而充装设备开动后没有水的消耗，所以本文只讨论消耗的用电费用。则设备年消耗电成本：

(5)

(5)设备总成本。综上，充装设备运行一年的总成本为：

C=CZ+Hw+Ng+Op

(6)

5.充装总成本。综合以上两部分成本，可得出一个周期(1年)i充装设备在充装作业所造成的总成本为：

(7)

配送优化的目标函数为：min(Y总)。

二、三河气站技术应用经济效益分析

LPG智能充装技术虽然可明显提升充装技术水平和管理水平，但往往技术应用成本较高，且有一定的适用范围，如果选择不当，甚至会增加经营成本，应根据自己的充装量、市场需求、战略规划等实际情况进行综合考虑。本文在智能充装技术设备选择上，以天津长龙的转盘自动充装装置为例，手自一体化充装技术设备以多立恒智能充装称为例。

(一)三河气站指标调研。

1.人工成本方面。经数据调研显示，目前三河气站拥有的持证充装人员有9人，中海油三河气站持证充装员工按三河分公司标准为：10万元/年(包括工资、福利等)，每天充装工作时间按8小时计算。

2.设备运行方面。手自一体化充装技术采用的单个智能秤的额定功率为50W，12称位智能充装设备的额定功率为15kW，采用模糊估算法按照设备额定功率计算设备运行产生的消耗费用(电费)。

3.充装效率方面。目前采用的手自一体化充装技术充装15kg的气瓶的充装效率为30瓶/小时，而12称位的智能充装设备充装15kg的气瓶的充装效率为350～500瓶/小时，根据调研情况平均约为425瓶/小时。

(二)智能充装技术应用。

1.设备折旧成本。优选的天津长龙的12秤位转盘智能充装装置，设备厂商报价130万元。关于设计使用年限，根据设备厂家的反馈，部分用户最长使用已达12年，在本文中假设设备设计年限为10年。

则设备年折旧成本为：

(8)

2.设备维护保养成本。天津长龙的12秤位转盘智能充装装置运行3年后，则每年需进行设备密封等的常规保养，费用为3,000元/年；另外，该设备每5年需进行设备轴承的检查更换，费用为10,000元/次。

则设备年维护保养成本为：

(9)

3.设备检定成本。按照国家计量检定规范，计量衡器需每年检定一次，检定费为500元/台，天津长龙的12秤位转盘自动充装装置含12台电子秤。

则设备年检定成本为：

Ng=Ni×Si=500×12=6,000/年

(10)

4.设备日常消耗成本。设备日常消耗主要是电耗，天津长龙的12秤位转盘自动充装装置的功率为15KW。充装15kg的气瓶的充装效率为：350～500瓶/小时，平均：425瓶/小时。电费根据三河实际用电价格按0.6元/度计算。

则设备年消耗成本为：

(11)

5.人工成本。天津长龙的12秤位转盘自动充装装置操作需3个人，与充装量无关，分别用于上瓶、气瓶上枪、下瓶操作。人工年费用按三河分公司标准为10万元/年(包括工资、福利等)。

则转盘自动充装装置人工成本年费用为：

R=Rm×12×X=10×3=300,000元

(12)

6.充装总成本。综上，充装总成本为：

Y总=13,000+4,100+6,000+300,000+

(13)

简化为：

Y总1=0.05153Q+32.31

(14)

注：

Y总1：年费用，万元

Q：灌装量，吨/天。

(三)手自一体化充装技术应用。由于手自一体化充装技术需要智能充装秤，且为一人一秤模式，因工作时长和充装效率的关系，充装量与人工数量、设备数量参在函数关系。

(15)

(16)

1.人工成本。手自一体化充装技术人工成本和充装量相关，充装量多，则所需人工就多，它们之间是存在函数关系的。

其中要确认的关键量是人工工作效率，即一个人平均每小时能充装多少瓶，按照三河分公司的充装记录，设定人工充装效率为30瓶/(人﹒小时)。

人工年费用按三河分公司标准：10万元/年(包括工资、福利、培训取证等)。

则人工半自动充装方式人工成本为：

R=Rm×12×X=0.28Q×100,000=28,000Q

(17)

2.设备折旧成本。手自一体化充装技术仍需要购置智能充装秤，设备选型以多立恒公司为例，设备厂商报价为：18000/台，设计使用年限同样为10年。

则人工半自动充装方式设备年折旧成本为：

(18)

3.设备维护保养成本。人工半自动充装方式设备日常维护保养较少，可忽略。

4.设备检定成本。按照国家计量检定规范，计量衡器需每年检定一次，检定费为500元/台，手自一体化充装技术设备年检定成本为：

Ng=Ni×Si=0.28Q×500=140Q

(19)

5.日常消耗成本。手自一体化充装技术设备只有智能充装秤，单台设备功率为50W，电费按三河实际用电价格0.6元/度计。充装15Kg气瓶的充装效率按30瓶/小时计。

则设备年消耗成本为：

(20)

6.充装总成本。综上，充装总成本为：

(21)

简化为：

Y总2=2.88873Q

(22)

注：

Y总2：年费用，万元；

Q：充装量，吨/天。

表1 两种充装技术的比较

图1 两种充装技术充装成本差量趋势图

(四)充装技术应用经济性比较。已知三河气站当前充装量为20吨/天，根据调研当前市场，市场缺口约为20～30吨/天，所以本文选取20、25、30、35、40、45、50吨充装量对两种充装技术进行经济性分析。

由公式(14)和公式(22)可知：当Y总1=Y总2时，Q为11.26吨/天，即充装量为11.26吨/天时，两种充装技术的年费用相等，当充装量大于11.26吨/天时，智能充装技术的年费用将少于手自一体化充装技术，按当前三河气站的充装量20吨/天，选择智能充装技术更为合适，年费用能够节省23.542万元。如果三河气站能够整合市场扩大经营，随着充装量的增加，选择智能充装技术可节约的年费用更加直观明显，为三河气站的降本增效贡献价值。

三、结语

以一个周期(1年)充装总成本最优的原则，不考虑其他因素的理想情况下，构建LPG充装技术优选模型。

用构建的LPG优选模型对三河气站进行实证应用分析，在符合政府和企业的安全监管与数字信息化要求下，分别比较分析了智能充装技术与手自一体化充装技术。

两种充装技术充装成本最优临界点为充装量11.26吨/天，即当充装量小于11.26吨/天，手自一体化充装技术成本低，充装量超过11.26吨/天，智能充装技术成本低。按当前三河气站的充装量20吨/天，选择智能充装技术更为合适，年充装总成本能够节省23.542万元。而且随着充装量的继续增加，两种方式的成本差距越来越大。

经济性应用分析中，人工成本是难以准确量化的，且对应用分析影响较大的。由于每个地区的人工成本都不一定相同，所以在比较时应根据不同地区的实际情况进行差异化考量。