基于API重度实现原油质量和体积的精确换算

郝晨新，马德起，刘志超，巫开彬

天津海关化矿金属材料检测中心（天津 300457）

0 引言

API 重度的全称是American Petroleum Institute Gravity(API Gravity)，美国石油协会（API）制订其用于度量原油密度，从而表征原油质量的一个物理量。世界上各油田生产的各类原油的API 重度在10～70（无量纲）。API 重度主要用处是对原油分类，见表1[1]。

表1 原油分类表

国际市场原油计量单位一般采用容积单位“美桶（Barrels 缩写为bbls）”。由于不同品种的原油密度不同，每桶对应的吨数也有所不同。通过研究API 重度的定义，结合温度、密度、相对密度等物理量，可以得到吨、桶之间的换算关系，最终得到精确换算公式。

传统吨桶换算方法：通过实验测得观察密度，查表转换为标准密度；再通过石油计量表[2]中的温度查询对应的体积修正系数，结合观察体积计算出标准体积，再通过温度和美桶的体积系数转为桶数，最后由标准密度、标准体积计算出原油重量。该方法查表步骤繁琐，增加原油计量时间，工作效率低下。

温度和密度两个参数都是影响原油质量和体积计算的关键因素，给日常换算带来难度，而且修约位数的取舍也给差异比对带来困难。由于API 重度值具有了温度和密度的双重信息，使得换算由两个参数变为一个参数，降低了原油质量和体积换算的难度，3 种换算方法示意图如图1 所示。

图1 3种吨/美桶换算方法示意图

1 API重度

1.1 API重度与相对密度之间的关系

美国石油学会API 手册11.1 章表3 中给出了API重度的计算公式[3]，60 ℉温度下关系式为：

式中：°API 为60 ℉的API重度；ρ相对为60 ℉的原油相对密度。

式（1）中既包括原油相对密度值，同时给出了温度条件为60 ℉。

1.2 相对密度与密度之间的关系

相对密度是指物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比，符号为ρ相对，无量纲量。一般参考物质为空气或水。在60 ℉下，通过已知的API 重度、相对密度、水的密度，即可计算出原油密度；反之，得到密度、水的密度及相对密度，也能计算出API重度。

由SN/T 4432—2016 标准取15.56 ℃，密度为0.999 016 g/cm3。根据摄氏度与华氏度换算公式：

60 ℉换算成摄氏度，结果与15.56℃最为接近，故水的密度计算取0.999 016 g/cm3。

1.3 API重度与密度之间的关系

经过推导验算，得到60 ℉下API重度和密度之间的关系式为:

2 美桶与吨之间的换算

2.1 体积与质量之间的关系

当前原油贸易计算中，国内主要以“吨”来计量，国外主要以“美桶”来计量。为得知某票原油货物的质量，检验人员会通过多种检测方式计量该货物的视体积及视密度，通过“原油标准密度表”换算成标准温度下的密度，通过“原油体积修正系数表”查找体积修正系数进行修正，得到标准体积进而计算质量。国外原油贸易需要用“美桶”来计量，因此需要用计量得出的标准体积跟“美桶”的系数来进行转换。其中过程较为复杂，任何一步计算错误，最终的计量结果都会有误[4]。

温度作为体积与质量之间换算的重要参数，将代入计算公式存在困难。由于API 重度值的引入，使其存在精确换算的可能，因为API 重度本身除了值以外，还带有了温度的定义（为60 ℉）。

2.2 温度因素

在60 ℉下，美桶与吨之间通过API 重度可以建立公式，因为吨是质量单位，不存在温度变化的影响，计算出15 ℃下的吨数，其他温度下的吨数是相等的。

2.3 空气浮力修正

空气浮力修正值为油品在真空中质量换算到空气中重量的换算系数（也称为质量换算系数），本文取0.001 1 g/cm3[5]。

2.4 公式推导

计算“美桶”数、质量、API 这几个结算关键数据，在计算步骤中都绕不过“密度”这一关键词，且通过密度可以计算出相对应的API 重度、“美桶”数及质量[6]。因此可以找到其中的关系，进行梳理，整理出更为快捷、精确的计算方式，以减少原油计量的时间。

同样质量下的原油是否可以通过API重度精确换算出“美桶”数，如果需要计算出已知质量下的原油“美桶”数，则必须要知道密度、体积、质量3 个数据[7]。例：现在需要计算1 t原油的“美桶”数，“美桶”是体积单位，需要计算出1“美桶”的体积以及密度，才可进行计算。

经查询1美桶60 ℉原油的体积为：

由式（5）可以推出1美桶60 ℉原油的质量为：

根据以上数据可以得出1 t原油美桶数：

经过以上分析，得出如下结论：

在得知原油API 重度后，可以根据式（7）快速计算出1 t 原油的美桶数，进而计算出整票原油的美桶数；根据式（6）能快速计算出1 美桶原油的质量，进而通过整票原油的美桶数计算出整票原油的质量。表2 给出了国内外相关商品交易所期货原油的换算系数，可以看出换算非常直观[8]。

表2 各商品交易所原油的换算系数

而采用标准方法，吨/美桶换算由于参与计算的有效数字位数的减少，会导致精度的下降。表3 给出了原油质量和体积换算的标准法和公式法的比对[9]。

表3 原油质量和体积换算的标准法和公式法的比对

通过表3 可以看出利用API 重度换算具有快速、准确的特点，有效解决了保留位数修约、不同温度下密度换算、质量换算系数参与计算等一系列问题，不仅方便重量鉴定人员使用，同时也适合期货原油的交割换算等商务领域。

3 结束语

API 重度易于从商检品质证书、石油评价文件等渠道获得。其精度与密度的有效数字保持一致。分析API重度的定义可以推导出用API重度作为已知条件，代入温度条件60 ℉和质量换算系数0.001 1 g/cm3换算，得到吨和美桶的换算系数。将式（6）和式（7）改写入电子表格可实现自动计算，且精度高，消除了多次修约带来的误差，使用上比石油计量表更为方便。

传统方法中，通过质量计算“美桶”数时需要通过标准密度查询“美桶”的换算系数再进行计算；但根据本文论述的方法和相关计算，得出可以用API重度，通过固定公式计算出每吨的“美桶”数，从而根据已知的原油质量快速精确地换算出“美桶”数。在进行公式推导的时候，保持所有数字均为有效数字，不进行修约，从而保证换算公式精度的准确。