油库发油系统温度补偿技术的探讨

刘 则

〔中国石油北京销售分公司 北京 100101〕

1 概述

油库发油定量装车系统是成品油经销商普遍使用的发货控制系统。该系统包括信号控制与运算单元、计量控制单元、温度控制单元、输转泵与阀门控制单元等，根据控制类型分为上位机和下位机。我国油库的定量发油经历了手工发油、集中式发油控制、DCS系统控制和FCS系统控制四代。第一代，手工记账式发油系统经历的时间较长，是完全依靠人工记账和手动控制阀门进行操作的方法。第二代，集中式发油控制是采用单片机或微机作为控制器，采用数字信号对所有发货位进行控制，由于强、弱点信号相互干扰，控制精度难以保障，因此被逐渐淘汰。第三代，DCS系统控制是以网络连接的多界面计算机控制系统，其特点是集中管理，分散控制，缺点是控制过程复杂，成本较高，目前已基本不再被油库使用。第四代，FCS系统控制是在DCS系统上利用现场智能仪表进行完整数据传输与自动控制的新型管控模式，能够将液体温度、流量和密度信息进行实时在线传输，计算机实时处理这些数据后，反馈给控制仪表进行实时在线修正，以达到发油设置的精度要求。

油库发油计量系统的温度在线补偿是确保油库质量发油准确性的关键。目前我国相当一部分以容积式流量计发油的油库，仍需以计重密度和容积式流量计数为基础进行体积与质量的换算。由于油品的密度与温度有直接关系，因此，发油时实时在线温度的测量与发货的质量联系紧密，且直接关系到企业的经济效益和企业形象。随着经济发展、社会进步与计量相关的法律法规的逐步完善，以及社会公众维权意识的不断提高，保障准确计量和维护企业信誉，强化数量管理越来越受到企业高层的关注和重视。

2 油库发油系统存在的问题与分析

目前我国成品油库公路发油计量系统绝大部分采用的是容积式流量计。它以低廉的价格和成熟的技术在成品油库得到广泛应用，但对用户销售仍以质量为结算单位。

众所周知，从体积到质量的转换受温度、压力、标准密度、空气浮力等诸多因素影响，而在装车作业时间段内温度会变化较大，同时油品密度的变化最为显著（每一摄氏度油品温度的变化对油品计重密度的影响约为万分之七），即对公路发油的数量（重量单位）产生较大影响。由于目前对发油作业的管理模式及技术手段存在的不足，发货系统无法在温度条件随时变化的情况下保证发油质量数据的精度，容易引发纠纷，油库的盈亏平衡也无法有效控制。

以质量（kg）计量给客户开据发票，又以体积（L）计量装车的管理模式（如图1所示），即原定量装车管理系统存在以下问题。

图1 原定量装车管理模式

2.1 取样点与发油位置温度不同引起的计量差异

油库计量员在选取的取样点测量所得的油品温度因位置不同会有很大差异。油罐和管道的不同区段、油罐中的不同深度不同方位的油品温度并不相同，而且差异可能会很大。例如被阳光直射管道中的油品温度比埋在地下管道中的油品温度要高出很多。油库管道从油罐到发油装车货位距离很长，被阳光直接照射的部分也较长，尤其是夏天，这部分管道中油品温度会高于其他位置，那么它的计重密度和计量员取样点的油品计重密度就有一定差别。而且，连续发油作业时管道中油品的温度和未发油装车时管道中的油品温度也有一定的差异。很明显，这种以取样点的油品温度来代替流经容积流量计的油品实际温度的方法存在一定误差。

2.2 发油时间段的不同，由于温度不同引起的计量差异

由于一天之中，环境温度在不断变化，造成实际发油作业时的油品温度和计量员测量、计算计重密度时的温度不一样。两者温差越大，由此产生的误差也就越大。

以在某个固定时间点、在某个取样点检测到的油品温度来替代实际发油过程中流过流量计的油品温度，会有较大差别。例如两者的温度差为5℃，把容积流量计的读数换算成质量，产生的实际误差将超过千分之三，超出了国家标准允许的误差。

3 车用汽油、车用柴油发油系统的技术改进措施

针对以上问题，对车用汽、柴油发油系统的解决方案为：一是采用质量流量计替代容积式流量计。由于质量流量计价格较高，采用这种方式需要大量的资金投入，定期的检定费用也比较高，同时也给内部以体积交接的方式带来问题；二是采用温度补偿技术，实时采集流经流量计的油品温度，根据标准密度计算当前的油品计重密度，然后将容积式流量计的容积量转换成质量，进行累计。这种方式非常经济，现有的设施基本不需要改动，只要定量发油仪中的软件处理方法得当，完全能保证定量装车的精度符合国家标准，满足实际应用。

3.1 增加温度变送器

温度变送器安装在流量计的附近，由温度变送器检测到的油品温度就能较为真实地反映流过流量计的油品温度。在选择温度变送器时要根据当地气象条件，尽可能选择量程范围小的产品，以保证温度测量的准确性。例如，当地全年温度变化为－10～40℃，选择温度变送器的量程范围宜为 －15～50℃。

3.2 将油品标准密度数据库软件置入定量发油系统

定量发油系统应有《石油产品标准密度表》或者《产品体积修正系数表》，以便根据温度变送器检测到的温度和标准密度实时计算当前的计重密度，将累计的体积数换算成质量。

3.3 定量发油系统质量计算原理

定量装车系统要根据温度变送器检测到的实时在线温度和标准密度，按以下公式计算：

式中：m——油品结算质量（商业质量）；

Vt——计量温度下的体积（通常为流量计测量视体积）；

VCF20——计量温度下的油品体积修正到标准体积的体积修正系数；

ρ20——油品的标准密度；

F——空气浮力修正系数。

4 乙醇汽油发油系统的温度补偿措施

乙醇汽油发油系统不同于汽柴油发油系统，主要区别在于乙醇汽油发油是乙醇汽油组分油与变性燃料乙醇两组分的实时在线调和。发油系统要实时控制组分油管路及变性燃料乙醇管路的温度、流量、流速等相关参数，通过计算机的运算与控制，使调和后的乙醇汽油符合国家产品标准要求。

按照《车用乙醇汽油（E10）》国家标准要求，乙醇汽油中乙醇的含量（体积分数 %）在10.0±2.0，成品油库的乙醇汽油均采用在线调配工艺，也就是变性燃料乙醇和组分油有各自的储罐、各自的管道，定量装车时在鹤管出口前混合后装入槽车。这就要求在变性燃料乙醇和组分油两路管线上各自加装温度变送器，分别进行温度补偿。但这会出现一个问题，即预装量是质量，乙醇比例是体积比，由于变性燃料乙醇和组分油的密度相差比较大，装车结束时既要保证体积比在国家标准允许的范围内，又要保证乙醇汽油的总质量准确。考虑到发油过程中组分油和变性燃料乙醇的温度在不断变化，变性燃料乙醇和组分油的计重密度也在不断变化，装车系统在保证体积比例和发油总质量两个方面容易顾此失彼，控制方法有一定难度。

为同时解决发油总质量和严格控制变性燃料乙醇的体积调和比例问题，必须在发油系统中确认变性燃料乙醇的调和体积分数（%）10.0±2.0是标准状态下的体积。以此为基础，将以质量为单位的乙醇汽油总预装量在装车开始之前转换成标准体积，然后按照设定的乙醇和组分油各自的比例分解为乙醇和组分油各自的预装量，这样乙醇汽油的温度补偿方案就简化成为两个单品种油品的温度补偿。可以真正实现车用乙醇汽油的在线定量装车。

按照这种方法笔者尝试了在线调和20 t车用乙醇汽油的应用实验，在乙醇汽油组分油装车时总温度变化为2℃，变性燃料乙醇装车时总温度变化为1.5℃的情况下，调和后的车用乙醇汽油（E10）中乙醇含量（体积分数）为9.6%，完全符合车用乙醇汽油国家产品标准要求。

5 讨论

以容积式流量计作为计量检测仪表的汽、柴油公路发油计量系统，在考虑装车流速、流量、密度等信息的同时也要一并考虑温度的在线测量，要将温度的影响因素充分考虑到发油数量中，只有这样，油库发油数量才能确保公正、准确。发油量较大的油库才能做到实发数、罐发数和ERP提单数三核对数据的一致性。

以容积式流量计作为计量检测仪表的车用乙醇汽油公路发油计量系统，由于该发油系统属于多组分调和，在考虑装车流速、流量、密度等信息的同时，还必须考虑变性燃料乙醇和组分油各自管道中的实时温度测量及兼顾乙醇的调和比例。乙醇汽油定量发油系统结构较复杂，在原料变更、季节变化及控制设备维修更换后，要按照工艺流程重新对系统进行调校，防止出现调和后车用乙醇汽油中乙醇含量的不合格，造成产品质量事故。

[1]中国石油化工总公司石油化工科学研究院.GB／T 1885—1998石油计量表——产品部分[S].北京：中国标准出版社，1998.

[2]中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院.GB18351—2017车用乙醇汽油[S].北京：中国标准出版社，2017