加油站储油罐容积表集中校正系统的研究与应用

景仲林

(甘肃华兴石油工程有限责任公司,甘肃 兰州 730030)

近年来,为顺应成品油销售企业精细化和智能化管理的需要,作为油品业务管理的重要环节,油品数量管理成为科技创新和新技术应用的主攻方向,特别是对作为加油站计量管理、库存管理以及埋地储油罐交接的重要依据——容积表的准确度,提出了更高的要求。通过新技术的应用,改善了原来低效、高成本的埋地储油罐容积的校正方法。

目前,加油站埋地卧式储油罐在日常使用过程中,由于油品的频繁收发作业、温度变化以及油罐本身承受的静压力等因素,导致油罐常会发生形变等问题,造成依据原始油罐容积表计算出的油品数量与罐内实际油品数量产生差异,从而给加油站油品管理和交接带来不便,是加油站管理中最突出的问题之一。JJG 266—2018《卧式金属罐容量》要求: 卧式罐首次检定一般不超过2 a,后续检定一般不超过4 a。对埋地卧式诸油罐,传统校准采用容量比较法和几何测量法,都需要人工操作,并且在检定过程中需要被检定的油罐停止使用甚至清罐处理。检定工作费时费力且影响经营,检定准确度受人为因素影响大。

1 罐容积校正系统架构和核心算法

目前,大多数埋地储油罐容积表校正系统基于油枪付油进行容积标定,都是针对单个油罐进行单次校正,无法获取连续收付油数据,所以无法以大数据为基础、从油罐全生命周期动态地监控油罐容积的变化过程。对于加油站埋地储油罐数量较多、油品交接及数量管理要求较高的企业,需要1套能自动校正与验证、预警式智能提醒、直观展示且集中校罐的系统。

目前,标定加油站埋地卧式储油罐容积表的方法有: 几何测量法,比如JJG 266—2018中提到的外侧法和内侧法;容量法,包括标准容器容量法,流量计容量法;加油机付油数据拟合法,比如插值拟合法。

1.1 系统架构

某销售公司有4.4×103余座加油站埋地储油罐,面对库存计量、与运输公司等第三方的贸易交接纠纷等问题,迫切需要进行罐容积表校正,及时发现存在计量误差的储油罐。因此,研发了基于 “中心”的集中罐容积表校正系统。

该系统基于“油站端-中心端”两级架构,系统架构如图1所示。油站端实现相关设备参数的采集、罐容积表校正程序的运行、站端结果的展示,并与中心端进行数据交互;中心端核心功能是分析油站端发来的数据并运行预警算法,将分析结果集中展示,便于业务人员分析校罐的结果。

图1 罐容积表系统架构示意

1.2 核心算法

该系统的核心算法有数据处理和罐容积表校正与评价两部分。研发了校罐边缘终端设备,即智能物联网设备,获取加油机(含油枪温采仪)和液位仪的实时数据,通过数据处理算法对不满足校罐的数据进行预处理,然后经罐容积表校正与评价算法生成新罐容积表。核心算法工作原理如图2所示。

图2 核心算法工作原理示意

1.2.1数据处理算法

数据处理算法主要包括时序匹配、稳态集合和无效数据过滤等处理过程。

1)时序匹配。一座油罐对应多个加油枪,将油枪和罐的关系预先配置,按照时序关系,数据预处理模块会将每笔交易发生前(提枪前),交易后(提枪后)的时间点的油罐数据做合并,形成一个按照时序匹配后的交易明细。

2)稳态集合。单笔加油枪付油量平均为30～50 L,相较于油罐液位下降高度,考虑液位仪计量精度,会引入较大的误差风险。为避免该问题,通过多笔付油记录集合的方式会更有效。判断当时关联的油罐数据是否是稳态数据时,需要考虑“抬/挂枪时是否有其他加油枪加油”或“加油时是否有油罐卸油”的情况。如果有其他加油枪在加油或在卸油过程中加油,说明油罐的液位有波动,则匹配的当时的油罐液位高度、体积(20 ℃)均不能作为稳态数据。通过多笔交易集合且为稳态数据时,可以得出系统可用的稳态集合。

3)无效数据过滤。有些付油数据由于在获取的过程中发生意外波动,导致稳态交易集合中加油机付油量和油罐出油量差异过大,该种稳态交易集合应当作为无效数据过滤掉;还有一些情况包括油罐正在卸油的情况,加油交易记录缺失的情况,系统都会作为无效数据过滤掉。

1.2.2罐容积表校正与评价算法

该算法是基于广度优先遍历进行区间修正的原理(专利号: CN115979388A),主要包括罐容积表区间调整子算法和罐容积表评价子算法。

1)罐容积表区间调整子算法。根据获取的稳态集合数据,包括油枪付油量、对应油罐液位起始高度(所有付油量需根据温度系数换算成20 ℃时的体积),将所有稳态集合按照油罐液位下降高度范围求交集,得到一系列最小不相交的高度区间,以此获取临时罐容积表;根据新获取的稳态集合持续调整油罐相应高度区间对应的体积,比如原来该高度区间的体积为V,差异率是e,那么调整后该高度区间的体积就变成V(1+er),其中,r是一个调整步长比例系数。

2)罐容积表评价子算法。针对所有的稳态集合数据,根据罐容积表区间调整子算法中获得的罐容积表,通过代入稳态集合的起始液位高度,可以得到相应的开始和结束的体积;进一步根据温度系数算出开始和结束的体积(20 ℃),两者相减算出该罐容积表对应的油罐的发油量(20 ℃时的体积),对比稳态集合数据中的发油量,进一步算出差异率;根据获得的所有集合的差异率,进一步计算所有稳态集合差异率的绝对值的平均值及方差;换算成该罐容积表的拟合得分,拟合得分设置为(1-差异率的绝对值的平均值)×100%+方差。假设油罐液面的2个平稳高度(无加油正在进行)为h1,h2。液位从h1降到h2的过程中,所有相连加油枪总的发油量与油罐的实际出油量应该相等。

2 罐容积校正系统功能

该系统包含校罐总览模块、在用罐容积表分析模块、校罐过程管理模块。

2.1 校罐总览模块

登录该系统后,在登录界面上可以查看系统权限下所有正在校正的油罐的总体信息,如加油站编号、罐号、校罐起止日期等。

2.2 在用罐容积表分析模块

在用罐容积表分析模块对正在使用的各加油站埋地储油罐容积表(导入或经过系统校正后启用的)进行自动分析,包括罐容积表分析和误差分析两部分。

2.2.1罐容积表分析

该系统自动对该公司所有在用油罐进行自动监测,对存在计量偏差的油罐预警并设置为待校油罐。业务人员可以预分析待校油罐的信息,包括采集油罐基本信息,并分析油罐数据,为校正罐容积表做准备。

2.2.2误差分析

在用罐容积表分析模块误差分析内容如下:

1)埋地储油罐收油后,根据如下相关指标进行分析:

a)收油误差分析。对比期间所有的收油记录在用罐容积表中的误差情况。

b)收油误差区段分析。根据油罐的每个发油轮次的不同分区段的误差级别进行分析,便于跟踪误差。

c)累计误差曲线分析。分析所有区段累计误差,从更大区间分析误差所在位置。

d)每笔收油误差详情分析。分析每笔收油的开始和结束对应的体积和实收之间的误差率。

2)通过加油枪付油,根据所取得稳态集合对罐容的影响,分析以下相关指标:

a)付油误差分析。系统将对比期间所有的该罐付油与在用容积表中的误差情况。

b)不同高度区间的误差分析。分析不同区段的误差级别,更便于跟踪误差。

c)累计误差曲线分析。根据付油数据统计从起始液位到当前液位累计的误差值,即累计加油机发出量减去累计油罐发出量。

d)不同高度区间误差的汇总及明细。通过采集到的不同液位高度区间的付油稳态集合,对于分析区间误差很有价值。

2.3 校罐过程管理模块

罐容积表校正的全过程管理包括: 加油站及其所属油罐的基本信息、油枪与油罐的对应关系、各校正油罐的对应油枪付油误差以及校罐任务等。

2.3.1校罐前准备

校罐前的准备内容如下:

1)加油站及其油罐的基本信息管理。包括加油站基本信息,如站名、站点编码、所属分公司、地理位置等;所属油罐信息,如最大罐容、竖直径、油品、对应油枪及数量等。

2)原始罐容积表导入及历史罐容积表查询。为了便于分析在用罐容积表或校罐比对,可以在系统中导入对应油站的某个罐容积表;查询对应油罐在系统中启用或导入的一个或多个罐容积表的历史情况。

3)油枪油罐关系管理。系统中可以维护并查看油枪与油罐的对应关系。

4)油枪付油检定误差管理。为了保证罐容校正的精确性,需要将待校油罐所关联油枪的当前最新的检定误差导入系统,该数据会参与新罐容积表的计算。

5)回罐油管理。对于因油枪计量检定等原因导致的回罐油,为了避免罐容校正出现偏差,需要在系统中进行维护。

2.3.2罐容积表校正

罐容积表校正内容如下:

1)创建校罐任务。根据系统预警或人工创建校罐任务,该任务会自动完成校罐工作并分析结果。

2)分析校罐结果。每个校罐任务完成后,均可通过以下相关指标进行分析,如没有导入在用罐容积表或系统第一次生成新罐容积表,则分析中没有在用罐容积表的信息:

a)在用罐容积表和新罐容积表对比图。根据罐容积表每10 mm刻度上的容积差绘制的折线图,每10 mm对应的绝对体积减去上一个10 mm的绝对体积。为了提高精度,刻度值也可以设置为1 mm。

b)新罐容积表和在用罐容积表收油和付油分析。统计油枪付出量和油罐发出量的差异率的分布,对比新容积表和在用容积表的差异率情况。

c)收付油验证详情。可观察每笔收付油对应到新罐容积表和在用罐容积表的详细信息,如液位数据、差异数据等。

d)新罐容积表和在用罐容积表累计误差曲线。根据付油数据统计从起始液位高度到当前液位高度累计的误差值,分别代入新罐容积表和在用罐容积表计算累计误差并对比。

3)生成校罐报告。每个校罐任务完成后,系统自动生成校罐报告,主要内容包括: 油罐基本情况分析,原始罐容的误差分布详情、区间差异及校正过程等,付油验证和收油验证。

4)启用新罐容积表。已完成的校罐任务,根据校罐验证结果可以手工启用新容积表,并将该表作为系统在用容积表。新容积表作为该罐的基础,系统根据后续新的收付油等数据继续监控该容积表的准确性和误差率,对于超过误差的情况进行预警,开始新一轮的校正工作。

3 系统应用情况

自2020年起,结合该公司的实际情况,组建了软件设计与开发、加油站数质量管理等方面的技术团队,在完善系统功能的同时边研发边应用,使罐容积表校正的精准度逐步提升。直到2022年上半年基于“中心”模式的集中校罐已全部实现,罐容积表校正的总体准确度也从2020年系统研发之初的3‰～5‰降低到目前的低于2‰。

试点应用阶段无论是数据采集准确度、数据稳定性及完整性均得到实践的验证,完全可以达到罐容积表校正的结果。在此期间,为了达到罐容积校正对数据准确性和及时性的要求、连接了油枪温采仪等设备,通过加油站端的校罐边缘终端,可以避免站级与中心网络中断导致的数据不完整,同时也可以在站端完成罐容积表校正的核心算法,仅将中间结果上送至中心端,从而大幅降低了集中校罐模式下对中心服务器的性能依赖。

4 结束语

根据中国石油天然气股份有限公司“十四五”信息发展规划和企业数字化转型规划,对成品油销售企业的油品数质量管理提出更高的创新要求,结合企业精细化管理要求,该公司将继续推进埋地储油罐容积表校正系统在本地及其他地区的推广应用工作,并进一步研究通过油罐出油量对加油枪进行反向标定,以推测加油枪的付油误差,持续进行创新。