微振筒數(shù)字密度計在油品質(zhì)量計量管控上的應(yīng)用

耿平 孫世亮 周健（中國石油天然氣股份有限公司黑龍江售分公司，黑龍江 哈爾濱 150018）

微振筒數(shù)字密度計在油品質(zhì)量計量管控上的應(yīng)用

耿平 孫世亮 周健（中國石油天然氣股份有限公司黑龍江售分公司，黑龍江 哈爾濱 150018）

1 應(yīng)用背景

在工信部、國家質(zhì)檢總局、集團公司的指導下，提質(zhì)增效是我們企業(yè)面臨的一個重要課題，對油品密度測量儀器的精確性、便捷性、易操作性等要求越來越高，傳統(tǒng)的玻璃密度計,計量管理方法已不能滿足當前市場的需求，數(shù)字式密度自動計量逐步代替了傳統(tǒng)的密度計量方法。

黑龍江地區(qū)計量工作與全國其他地區(qū)有如下特殊性：

l年平均在氣溫-6℃到4℃之間，給計量工作帶來很大難度。

l年平均氣溫要比同緯度其他地區(qū)低5-8℃，計量人員工作環(huán)境相對惡劣

l大風天氣較多，尤其是自哈爾濱沿松花江經(jīng)通河至佳木斯的河谷地帶，由于地形狹管作用，常年風較大，給室外測量密度溫度帶來難度。

l加油站卸油質(zhì)量驗收環(huán)節(jié)密度計數(shù)據(jù)沒有集成，信息化水平起步較低

在實際油品計量中，還存在一些問題：

（1）油庫部分儲罐計量操作不規(guī)范，存在安全隱患

計量規(guī)范要求取樣油品需要帶回實驗室統(tǒng)一處理，不允許直接倒回計量口，但由于每個樣品都帶回實驗室工作量太大，大部分計量員測完數(shù)據(jù)后都通過取樣口倒回罐內(nèi)，汽油揮發(fā)較大，直接進入大氣，不利于環(huán)保，另外灑落的油品污染了檢尺口平臺，容易發(fā)生滑倒等安全隱患。

（2）人為影響大，精度低

黑龍江省油庫和加油站在夜晚、風雪天氣下，由于視線影響以及溫度變化極快導致測量密度、溫度非常困難，長時間在復(fù)雜天氣下工作存在讀數(shù)不準確和安全隱患風險。

（3）貿(mào)易交接過程中容易發(fā)生數(shù)質(zhì)量糾紛

不同的計量員專業(yè)水平有較大差異，有時候可能因業(yè)務(wù)規(guī)范不熟練或人為主觀讀數(shù)（尤其在下雨或下雪等惡劣天氣下）等因素造成計量數(shù)據(jù)不準確，容易發(fā)生與客戶之間的數(shù)質(zhì)量糾紛；

（4）實時性差、油品測量過程油樣發(fā)生改變

目前大部分現(xiàn)場都采用玻璃浮計進行密度測量，這種計量方式實時性差，需要取樣后需倒入玻璃杯后再用玻璃浮計儀器進行測量，由于油品揮發(fā)（在夏天溫度較高時或者煉油廠的熱油）會帶來油品標準密度改變，測出的數(shù)據(jù)不能代表整個罐車油品的品質(zhì)；

汽油在向玻璃量筒轉(zhuǎn)移或者向留樣瓶中轉(zhuǎn)移時汽油揮發(fā)致使汽油組份會發(fā)生較大變化，同時揮發(fā)會降低溫度，從而導致標準密度發(fā)生改變，給精準計量帶來不良影響測量效率低，勞動強度大；

目前黑龍江省油庫計量員從取樣、讀數(shù)到最后人工記錄整個程序要花費35-45分鐘，不僅人工勞動強度大，而且人員效率低，占用大量人力時間，最終影響了工作效率；

（5）計量數(shù)據(jù)無追溯性、追責性

測量數(shù)據(jù)沒有集成，無法統(tǒng)一追溯查詢和管理，人工查詢過程過于繁瑣同時人工進行數(shù)據(jù)記錄和人工換算標準密度的時候過程繁瑣容易出錯。

（6）對計量人員素質(zhì)、專業(yè)性要求高

由于質(zhì)量交接環(huán)節(jié)密度、溫度檢測要求高，計量人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)和計量操作的規(guī)范程度，將直接影響到計量的精度。部分地區(qū)由于計量人員流動性高，業(yè)務(wù)素質(zhì)受到影響，單位為了解決這一問題，定期開辦計量培訓班，盡管短期內(nèi)能解決一部分問題，但長遠來看并不能從根本上解決這一問題，并且耗費了大量人力物力。

（7）受外界溫度影響大，測量數(shù)據(jù)不科學

《中國石油成品油計量規(guī)范》第二十二條密度測定，規(guī)定“測定密度時，測定溫度要盡量接近油罐中儲存油的實際溫度，應(yīng)在實際溫度的±3℃范圍內(nèi)測定。”特別在冬季東北區(qū)成品油密度測量實際工作中環(huán)境溫度與油溫差別較大時，當取出油樣倒入玻璃量筒進行溫度測量時，視溫度與油溫相差超過3℃，導致測量數(shù)據(jù)不科學。

（8）玻璃浮計密度計、玻璃溫度計易碎不利于移動存放。

2 可用方案

目前，國內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)研發(fā)出一種振動式密度傳感器，該傳感器既保留了振動式傳感器高精度、高穩(wěn)定的特性，又不受壓力影響，并且體積小巧，重量輕，準確度優(yōu)于0.3kg∕m3。該傳感器可用于便攜式密度計，便攜式微振筒數(shù)字在線密度計就是利用該傳感器制成的密度測量儀器。既可用于管道內(nèi)介質(zhì)密度動態(tài)實時測量，也可用于儲罐介質(zhì)密度靜態(tài)實時測量，是目前密度測量領(lǐng)域理想的解決方案。

2.1 測量原理

傳感器采用振動管原理測量密度。液體密度改變儀器的震動頻率，通過監(jiān)視此頻率并進行一系列的轉(zhuǎn)換，密度計即可提供高精度的密度測量，同時利用高精度的鉑電阻溫度計自動進行溫度補償。其特有的開放式結(jié)構(gòu)使振動管的頻率只與被測液體的密度和溫度相關(guān)，從原理上消除了壓力、人為誤差（取樣誤差、樣本污染、讀數(shù)誤差、計算誤差）等參數(shù)的變化對測量精度的影響，直接獲得各種介質(zhì)在復(fù)雜環(huán)境條件下精確的密度值，無需經(jīng)過中間參數(shù)轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)高準確度的密度測量。

密度計計算基礎(chǔ)方程如下：

式中：

K0、K1、K2——密度計系數(shù)，由實驗確定；

T——振動周期；

ρ——密度，kg∕m3

2.2 與人工測量密度進行比對

測量比對數(shù)據(jù)

從測量結(jié)果看，完全可以取代人工測量密度。

2.3 設(shè)備類型

該設(shè)備分為便攜式、手持式兩種，便攜式直接伸入油罐計量口進行測量，手持式將油品倒入密度計測量桶內(nèi)進行測量，可直接換算得出標準密度和VCF值。

2.3.1 便攜式微振筒數(shù)字密度計

便攜式微振筒數(shù)字密度計

密度溫度壓力電氣參數(shù)測量范圍準確度分辨率測量范圍準確度分辨率對壓力不敏感供電電源連續(xù)工作時間(600～1000)kg/m3±0．3 kg/m3或 ±0．5 kg/m30．1 kg/m3-40℃～+85℃±0．1℃0．01℃(0～1．0)MPa鎳氫充電電池AA型4．8V 10 h

機械參數(shù)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)儲存重量尺寸（長寬高）測量深度環(huán)境溫度防爆等級防護等級5000組4Kg 230×90×300(mm)可達30m -40℃～+60℃Ex ia IIB T4 Ga傳感器IP68

與傳統(tǒng)的方法相比，該密度計不需要特殊的技術(shù)要求及繁重易錯的樣品采集測量過程，能同時完成視溫度、視密度測量并能直接轉(zhuǎn)換為標準密度和VCF，并可通過無線通訊直接將測量結(jié)果導入計算機。并能實時、連續(xù)的測量和分析不同高度的密度分布情況，有效發(fā)現(xiàn)密度分層、產(chǎn)品不一致等現(xiàn)象，測量操作快捷、準確。廣泛應(yīng)用于加油站、油庫等各生產(chǎn)作業(yè)場所，經(jīng)濟有效，不失為一種很好的密度測量解決方案。

2.3.2 手持式微振筒數(shù)字密度計

手持式微振筒數(shù)字密度計技術(shù)參數(shù)

與傳統(tǒng)的方法相比，該款密度計最快3s即可測量出標準密度，并可通過無線通訊直接將測量結(jié)果導入計算機。不受天氣、人為等因素影響，避免了油品揮發(fā)，在極寒天氣仍然可以作業(yè)。廣泛應(yīng)用于加油站、油庫等各生產(chǎn)作業(yè)場所，經(jīng)濟有效，不失為一種很好的密度測量解決方案。

3 設(shè)備試用

針對該設(shè)備，我們在化驗室進行準確性對比同時放在各個監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)對比。

3.1 油庫化驗室對比數(shù)據(jù)

密度計測量數(shù)據(jù)對比表差值(kg/m3) 0．1 0．1 0．1 0 0 0 -0．1 -0．1 0．1 0．1 0 0設(shè)備編號HM1508003B HM1508011B HM1508002B HM1508008B HM1508013B HM1508004B HM1508006B HM1508005B HM1508007B HM1508001B HM1508012B HM1508010B HM1508009B HM1508015B HM1508016B HM1508017B HM1508018B測量地點設(shè)備測量值(kg/m3) 826．5 826．5 826．5 826．4 826．4 826．4 826．3 826．3 826．5 826．5 826．4 826．4 826．5 826．3 826．3 826．5 826．4化驗室人工測量值(kg/m3) 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 826．4 0．1 -0．1 -0．1 0．1 0測量時間記錄員孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮孫靜、董曉亮2015．8．13

3.2 各個檢測點對比數(shù)據(jù)

加油站密度計測量對比數(shù)據(jù)差值(kg/ m3)加油站記錄員人工測量值(kg/m3) 806．7加油站設(shè)備測量值(kg/m3) 806．8 0．1楊世偉加油站賈濱807 809設(shè)備編號HM150801 2B HM150801 4B HM150801 5B HM150800 5B HM150800 1B HM150801 7B HM150801 8B HM150801 6B HM150800 7B HM150801 0B 815．2 0．1加油站807 809 815．3何三姓815．9加油站-0．1 815．8毛立誠加油站806．8 0．1鞠成新806．7 0 734．7滕洪濤油庫734．7 807．7 -0．1油庫807．8滕洪濤焦玉潔加油站加油站816．4 0 0 0 816．4華誠煉油廠808．2 808．3 -0．1馬亮

4 實際應(yīng)用

4.1 需求分析

根據(jù)目前存在情況，我們分析實際情況，確認需求：

（1）質(zhì)量需求：通過對油庫出口密度和加油站進口密度對比，判斷油品是否是同一批次油品。

（2）計量需求:通過數(shù)據(jù)積累保障庫存安全。

將手持式微振筒數(shù)字密度計運用到加油站和油庫以后，油庫發(fā)油采用密度計測量密度，加油站卸油采用密度計測量密度進行對比，測量數(shù)據(jù)可以上傳至密度計在電腦上安裝的客戶端。所以基本可以滿足這兩項需求。

但是，一段時間后，我們發(fā)現(xiàn)，還有兩點問題需要解決，才能達到我們的管控需求：

（1）低溫性能：目前低溫超過-18℃，傳統(tǒng)標準密度換算就無法再進行計算了，但是在東北，冬天溫度低于-18℃經(jīng)常可以遇到。所以我們建議青島澳邦量器有限責任公司對此進行改良，通過一段時間研究，該廠家成功攻克該難題，手持式微振筒數(shù)字密度計應(yīng)用范圍擴展到-35℃。

（2）質(zhì)量計量管理軟件：雖然采用手持式微振筒數(shù)字密度計測量密度，但是測量數(shù)據(jù)在管理上無法實時掌握，無法提前判斷密度情況，并且數(shù)據(jù)無法做到共享，大數(shù)據(jù)分析無法完成。根據(jù)這個情況，我們與青島澳邦量器有限責任公司共同研究商討，最終確定方案。由我們開發(fā)質(zhì)量計量管理軟件，該軟件可以接收加油站與油庫密度計測量數(shù)據(jù)，并且附帶罐車、油品、配送單號信息。當一旦出現(xiàn)密度差值較大時，會自動報警，提示油品批次警告。同時，大量數(shù)據(jù)存儲于該平臺，隨時用于數(shù)據(jù)分析，也方便保存。青島澳邦量器有限責任公司，根據(jù)管理軟件需要，改進密度計客戶端以及設(shè)備內(nèi)部程序，以便配合管理軟件使用。

4.2 實際應(yīng)用

根據(jù)實際需要，我們將微振筒數(shù)字密度計加入現(xiàn)有流程

在油庫與加油站分別采用微振筒數(shù)字密度計進行密度測量，油庫在發(fā)油后采用便攜式微振筒數(shù)字密度計，測量罐車油品密度，測量完成后將數(shù)字密度計存儲的數(shù)據(jù)上傳至電腦上密度計客戶端，再通過客戶端將測量數(shù)據(jù)與相應(yīng)配送單號上傳至省公司密度對比系統(tǒng)。當該油罐車到達加油站后，加油站在卸油前，使用手持式微振筒數(shù)字密度計測量來油密度，完成后將測量數(shù)據(jù)上傳至客戶端，并通過客戶端將測量數(shù)據(jù)以及配送單號上傳至省公司密度計對比系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以自動識別同一單號密度差值，若密度差值大于1.2kg∕m3，則反饋到加油站加管系統(tǒng)，加油站停止卸油，若密度差值在1.2 kg∕m3以內(nèi)，則來油密度合格，同時反饋至加管系統(tǒng)，可以卸油。

同時，這些數(shù)據(jù)可以保存在密度對比系統(tǒng)中，方便省公司管理密度以及定期進行總結(jié)并且隨時進行查閱。

這一套反饋系統(tǒng)可以有效防止油品從油庫到加油站這個過程中出現(xiàn)的油品質(zhì)量變質(zhì)問題，能夠解決之前在油品運輸過程中出現(xiàn)的偷油、換油問題。

方案:如下：

（1）對內(nèi)付油（針對加油站）原則：按標準體積V20交接

（2）對外付油（針對外采）

原則：按質(zhì)量M交接

備注一：加權(quán)密度每月變更一次，本月的加權(quán)密度取決于上一月加油站和油庫的發(fā)油密度。油庫每月匯總所有發(fā)油的密度計算一個加權(quán)密度ρ1，銷售公司派專人對某幾個加油站測量密度并計算一個加權(quán)密度ρ2，省公司匯總上報后的ρ1和ρ2作出評估，一般來說ρ1和ρ2之間存在差值，則最終的加權(quán)密度使用ρ1和ρ2和的平均值。

（3）加油站收油

5 效益

通過一段時間使用，微振筒數(shù)字密度計帶來效益日益明顯，成功解決目前存在的問題：

（1）大罐測量采用便攜式微振筒數(shù)字密度計，無需取樣，直接浸沒到大罐中測量，避免油品傾倒浪費與違規(guī)操作，消除安全隱患。

（2）數(shù)字式密度計測量數(shù)據(jù)數(shù)字化背光顯示，操作簡單，操作人員不需要經(jīng)過專業(yè)密度計量的培訓；晚上或天氣昏暗也可準確讀數(shù)；不受天氣、環(huán)境溫度及大風等環(huán)境因素影響，數(shù)據(jù)測量準確可靠。并且可以測量并計算-18℃以下油品標準密度，而目前人工計量是無法完成這一項工作得。

（3）消除人為糾紛，數(shù)字密度計是數(shù)顯密度，在測量完成后自動提示，操作簡單，消除不同計量員讀數(shù)習慣不同造成的人為誤差引發(fā)得糾紛。

（4）采用數(shù)字密度計，便攜式微振筒數(shù)字密度計無需取樣、手持式微振筒數(shù)字密度計測量時密閉測量，都可以有效減少揮發(fā)帶來的油品密度改變這種情況。

（5）采用數(shù)字密度計代替人工計量，測量時間短，只需30s-60s即可完成密度、溫度測量，并且可實時換算出標準密度、VCF，數(shù)據(jù)隨時保存，提高了工作人員的工作效率，減輕了人工勞動強度。

（6）通過在收發(fā)油兩端進行密度對比與管控，使得油品從油庫到加油站這個過程中密度變化得到管控，數(shù)據(jù)可以追溯到最初原始測量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)真實可靠，保證油品質(zhì)量得到嚴格管控。

（7）數(shù)字密度計操作簡單，不需要復(fù)雜與專業(yè)的計量知識就可以使用，減少計量人員培訓時間與費用，節(jié)約運營成本。

（8）采用數(shù)字密度計，便攜式微振筒數(shù)字密度計直接浸沒到液體中，測量液體溫度直接反映整個罐車油品溫度，手持式微振筒數(shù)字密度計具有保溫作用，也可以使測量油品溫度與罐車內(nèi)溫度差保持在3℃以內(nèi)。從而符合《中國石油成品油計量規(guī)范》第二十二條密度測定，規(guī)定“測定密度時，測定溫度要盡量接近油罐中儲存油的實際溫度，應(yīng)在實際溫度的±3℃范圍內(nèi)測定。”這一條規(guī)定。

（9）數(shù)字密度計采用不銹鋼一體式加工，結(jié)構(gòu)堅固耐用，利于移動存放。