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摘要：本文從濟(jì)南分公司新上鐵路罐車(chē)密閉裝車(chē)計(jì)量系統(tǒng)的原因背景出發(fā)，闡述該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和組成；通過(guò)分析實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中儀表比對(duì)數(shù)據(jù)，討論影響儀表貿(mào)易交接準(zhǔn)確性的各種因素，提出相應(yīng)的解決方法；最后通過(guò)鐵路罐車(chē)密閉裝車(chē)計(jì)量系統(tǒng)投用效果，證實(shí)該系統(tǒng)可產(chǎn)生的明顯經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：計(jì)量；質(zhì)量流量計(jì)；測(cè)量過(guò)程控制
一、問(wèn)題的提出
濟(jì)南分公司每年銷(xiāo)售汽油約90萬(wàn)噸，其中70%（約63萬(wàn)噸）的汽油通過(guò)鐵路運(yùn)輸出廠。鐵路輕油裝車(chē)棧臺(tái)現(xiàn)有26個(gè)汽油裝車(chē)鶴位，一直采用敞口裝車(chē)方式，存在的問(wèn)題較多：
1、汽油在裝車(chē)過(guò)程中，由于油品噴灑、攪動(dòng)，產(chǎn)生一定的油氣揮發(fā)，不僅存在很大的安全隱患，而且據(jù)有關(guān)資料介紹每次裝車(chē)揮發(fā)油氣約為裝車(chē)量的1.8‰左右，造成相當(dāng)客觀的經(jīng)濟(jì)損失。
2、每月汽油裝火車(chē)約1300節(jié)，全部采用人工檢尺、測(cè)溫和采樣分析，職工的勞動(dòng)強(qiáng)度比較大，同時(shí)惡劣的工作環(huán)境危害了操作員工的身體健康。
3、裝車(chē)過(guò)程靠人工目測(cè)液位，容易出現(xiàn)欠裝或超裝情況，給客戶和鐵路部門(mén)帶來(lái)不必要的困難。
隨著企業(yè)管理水平的不斷提高，為減少產(chǎn)品外運(yùn)蒸發(fā)損耗、消除安全隱患、降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，2003年濟(jì)南分公司決定對(duì)火車(chē)輕油裝車(chē)臺(tái)進(jìn)行改造，新上一套鐵路罐車(chē)密閉裝車(chē)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)，并于2004年6月投用。
計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)是石油化工行業(yè)對(duì)外銷(xiāo)售的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和信譽(yù)，但是我國(guó)目前的計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)大多采用傳統(tǒng)的儀表計(jì)量方式，就是利用DCS、PLC或A/D接口板采集現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表發(fā)出的頻率或模擬信號(hào)，然后在計(jì)算機(jī)內(nèi)部根據(jù)脈沖當(dāng)量或量程范圍變換成當(dāng)前的瞬時(shí)流量，然后再進(jìn)行積分累積運(yùn)算，從而完成裝車(chē)的計(jì)量工作，還有的系統(tǒng)使用與計(jì)量?jī)x表成套的批量控制器完成計(jì)量裝車(chē)任務(wù)。
從上述計(jì)量過(guò)程中不難發(fā)現(xiàn)，這種傳統(tǒng)的計(jì)量方式存在以下缺陷：
1、無(wú)論采用上述哪種計(jì)量方法，都存在二次計(jì)量的精度損失。一次計(jì)量是在流量檢測(cè)儀表內(nèi)部完成的，然后再由檢測(cè)儀表變換成電信號(hào)輸出到外界供檢測(cè)計(jì)量系統(tǒng)使用，那么無(wú)論二次計(jì)量精度有多高，都存在一個(gè)精度損失的問(wèn)題，因此造成了不必要的二次計(jì)量精度損失，而計(jì)量精度是裝車(chē)系統(tǒng)中的關(guān)鍵指標(biāo)。
2、計(jì)量?jī)x表本身所具有的性能沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。近年來(lái)隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，許多智能化儀表不僅具有就地顯示、補(bǔ)償運(yùn)算等功能，而且還具有遠(yuǎn)程數(shù)字通信的功能，但與之相應(yīng)的智能化系統(tǒng)卻沒(méi)有及時(shí)跟上，使得儀表性能提高了，系統(tǒng)成本并沒(méi)有降低，系統(tǒng)集成仍沿襲舊的傳統(tǒng)，儀表的先進(jìn)性、方便性和靈活性沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)。
鑒于此，我們?cè)谛律系蔫F路罐車(chē)密閉裝車(chē)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)中充分利用了目前計(jì)量?jī)x表的數(shù)字通訊性能，采用現(xiàn)場(chǎng)總線的方式直接從計(jì)量?jī)x表中讀取各類參數(shù)，有效解決了傳統(tǒng)計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)的缺陷，進(jìn)一步提高了汽油出廠計(jì)量的準(zhǔn)確性。
二、鐵路罐車(chē)密閉裝車(chē)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)的組成
由深圳富思達(dá)公司開(kāi)發(fā)的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)控制器、遠(yuǎn)程控制室、操作微機(jī)、計(jì)量微機(jī)和MIS網(wǎng)關(guān)等五部分組成。現(xiàn)場(chǎng)控制器負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、控制閥門(mén)和裝油過(guò)程控制。操作微機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線收集現(xiàn)場(chǎng)控制器數(shù)據(jù)，形成各類記錄，轉(zhuǎn)發(fā)操作員控制命令；通過(guò)內(nèi)部局域網(wǎng)與計(jì)量微機(jī)相聯(lián)，計(jì)量微機(jī)與總廠信息網(wǎng)相聯(lián)，并提供裝油基本信息。MIS網(wǎng)關(guān)存儲(chǔ)基本信息供上級(jí)管理部門(mén)查詢。
系統(tǒng)中的五個(gè)部分通過(guò)兩種內(nèi)部通訊網(wǎng)絡(luò)相連，其中操作微機(jī)和定值控制器之間通過(guò)RS485標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線連接，通訊接口采用光電隔離技術(shù)，最多可連接64臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制器，最大距離為1200米，連接電纜為屏蔽雙絞線；操作微機(jī)、計(jì)量微機(jī)和MIS網(wǎng)關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)ETHERNET，使用TCP/IP協(xié)議。
系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。
該系統(tǒng)的操作分為定量裝車(chē)操作和計(jì)量操作兩部分。
現(xiàn)場(chǎng)定量裝車(chē)過(guò)程由裝運(yùn)車(chē)間負(fù)責(zé)，操作員負(fù)責(zé)在操作微機(jī)上錄入現(xiàn)場(chǎng)需裝車(chē)的油品名稱、鶴位名稱、該?dān)Q位對(duì)應(yīng)的油罐車(chē)的車(chē)號(hào)、車(chē)型和預(yù)裝量等信息。根據(jù)這些信息，系統(tǒng)自動(dòng)完成定量裝車(chē)任務(wù)，并生成“成品油出廠記錄”傳送至計(jì)量中心的專用計(jì)量微機(jī)。
計(jì)量操作獨(dú)立于現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)操作，主要由現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表、計(jì)量微機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線構(gòu)成。計(jì)量微機(jī)由計(jì)量中心專職計(jì)量員負(fù)責(zé)操作。計(jì)量員根據(jù)成品油出廠記錄，錄入相應(yīng)罐車(chē)的容積表號(hào)、到站、收貨單位以及出廠單號(hào)等信息，系統(tǒng)根據(jù)這些信息以及從現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表采集的數(shù)字信號(hào)自動(dòng)生成出廠計(jì)量單，并傳送至公司銷(xiāo)售網(wǎng)作為產(chǎn)品銷(xiāo)售出廠的計(jì)量數(shù)據(jù)。
圖1 計(jì)量系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖
現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量?jī)x表，我們采用了美國(guó)艾默生公司生產(chǎn)的E型羅斯蒙特質(zhì)量流量計(jì)，由一次檢測(cè)元件----質(zhì)量流量計(jì)傳感器和智能變送器2700組成。我公司的計(jì)量裝車(chē)系統(tǒng)就是通過(guò)智能變送器上的RS-485數(shù)字通訊，利用普通PC機(jī)上豐富的RS-232串口資源，使普通PC機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量流量計(jì)構(gòu)成一個(gè)智能數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后使用深圳富思達(dá)公司開(kāi)發(fā)的PC機(jī)上的通訊采集軟件包通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)與智能變送器進(jìn)行數(shù)字通訊，使PC機(jī)獲取智能變送器中豐富的信息，如瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、密度、溫度等。
三、鐵路罐車(chē)密閉裝車(chē)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行分析
在測(cè)量過(guò)程中影響測(cè)量結(jié)果的不僅僅是測(cè)量設(shè)備，它還涉及到人員、程序、原理、環(huán)境等諸多因素，所以測(cè)量是一個(gè)綜合的過(guò)程。測(cè)量過(guò)程控制是包括對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)監(jiān)督、處理、連同糾正在內(nèi)的全過(guò)程，是通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，分析其誤差是否在計(jì)量允差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量的控制，使測(cè)量結(jié)果滿足測(cè)量需求。測(cè)量過(guò)程控制可用圖2表示。
圖2 測(cè)量的過(guò)程控制
為使?jié)戏止捐F路罐車(chē)密閉裝車(chē)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)最終達(dá)到貿(mào)易交接的條件，我們采用了測(cè)量的過(guò)程控制方法，從質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)廠、安裝、調(diào)試到投用做了大量工作，通過(guò)罐區(qū)付出、槽車(chē)檢尺、過(guò)衡稱重與流量計(jì)讀數(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期的比對(duì)跟蹤，獲得上千組標(biāo)定數(shù)據(jù)。
（一） 質(zhì)量流量計(jì)比對(duì)數(shù)據(jù)分析
1、 單個(gè)鶴位的手檢尺與流量計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和圖3。
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表1 鐵路槽車(chē)12股13#位流量計(jì)標(biāo)定數(shù)據(jù) |
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序號(hào) |
汽油標(biāo)號(hào) |
標(biāo)定日期 |
流量計(jì)讀數(shù)t |
人工檢尺量t |
差量t |
差率‰ |
|
1 |
93# |
5月25日 |
49.09 |
49.013 |
0.077 |
1.57 |
|
2 |
90# |
5月25日 |
42.064 |
42.204 |
-0.14 |
-3.33 |
|
3 |
93# |
5月26日 |
42.149 |
41.883 |
0.266 |
6.31 |
|
4 |
90 |
5月27日 |
49.065 |
49.016 |
0.049 |
1 |
|
5 |
90 |
6月2日 |
42.036 |
41.888 |
0.148 |
3.52 |
|
6 |
90 |
6月2日 |
49.066 |
48.629 |
0.437 |
8.91 |
|
7 |
93 |
6月4日 |
42.028 |
41.996 |
0.032 |
0.76 |
|
8 |
93 |
6月4日 |
49.026 |
48.702 |
0.324 |
6.61 |
|
9 |
93 |
6月4日 |
49.026 |
49.173 |
-0.147 |
-3 |
|
10 |
93 |
6月4日 |
49.07 |
48.667 |
0.403 |
8.21 |
圖3 單個(gè)流量計(jì)與手檢尺比對(duì)趨勢(shì)
2、 每一批付油后流量計(jì)與手檢尺標(biāo)定數(shù)據(jù)見(jiàn)表2和圖4。
表2 鐵路槽車(chē)流量計(jì)與手檢尺批標(biāo)定數(shù)據(jù)
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表2 鐵路槽車(chē)流量計(jì)與手檢尺批標(biāo)定數(shù)據(jù) |
|
序號(hào) |
汽油標(biāo)號(hào) |
標(biāo)定日期 |
流量計(jì)讀數(shù)t |
人工檢尺量t |
差量t |
差率‰ |
|
1 |
93# |
5月25日 |
561.029 |
560.195 |
0.834 |
1.487 |
|
2 |
90# |
5月25日 |
567.813 |
567.498 |
0.315 |
0.555 |
|
3 |
93# |
5月26日 |
532.727 |
530.01 |
2.717 |
5.1 |
|
4 |
90 |
5月27日 |
473.241 |
471.374 |
1.867 |
3.945 |
|
5 |
90 |
5月27日 |
230.638 |
229.661 |
0.977 |
4.236 |
|
6 |
90 |
5月27日 |
551.248 |
549.404 |
1.844 |
3.345 |
|
7 |
90 |
6月2日 |
182.501 |
182.03 |
0.471 |
2.581 |
|
8 |
93 |
6月4日 |
147.212 |
146.245 |
0.967 |
6.569 |
|
9 |
93 |
6月4日 |
462.647 |
461.711 |
0.936 |
2.023 |
|
10 |
90 |
6月4日 |
405.977 |
404.84 |
1.137 |
2.801 |
圖4 每批付油后流量計(jì)與手檢尺比對(duì)趨勢(shì)
3、單個(gè)鶴位的流量計(jì)與靜態(tài)衡比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
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表3 鐵路槽車(chē)12股13#位流量計(jì)與靜態(tài)衡標(biāo)定數(shù)據(jù) |
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序號(hào) |
汽油標(biāo)號(hào) |
標(biāo)定日期 |
流量計(jì)讀數(shù)t |
過(guò)磅量 t |
差量 t |
差率‰ |
|
1 |
90 |
5月27日 |
49.065 |
48.9 |
0.165 |
3.36 |
|
2 |
90 |
6月2日 |
42.036 |
41.88 |
0.156 |
3.71 |
|
14 |
90 |
6月2日 |
49.066 |
48.82 |
0.246 |
5.01 |
|
5 |
90 |
6月10日 |
49.082 |
48.96 |
0.122 |
2.49 |
|
6 |
90 |
6月10日 |
42.061 |
41.96 |
0.101 |
2.40 |
|
7 |
90 |
6月15日 |
41.53 |
41.46 |
0.07 |
1.69 |
4、每批付油后流量計(jì)與靜態(tài)軌道衡比對(duì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4
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表4 鐵路槽車(chē)流量計(jì)與靜態(tài)衡批標(biāo)定數(shù)據(jù) |
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序號(hào) |
汽油標(biāo)號(hào) |
標(biāo)定日期 |
流量計(jì)讀數(shù) t |
過(guò)磅量 t |
差量 t |
差率‰ |
|
1 |
90 |
5月27日 |
551.248 |
550.120 |
1.128 |
2.046 |
|
2 |
90 |
6月2日 |
420.516 |
418.300 |
2.216 |
5.270 |
|
3 |
90 |
6月2日 |
497.250 |
495.200 |
2.050 |
4.123 |
|
4 |
90 |
6月10日 |
413.541 |
412.220 |
1.321 |
3.194 |
|
5 |
90 |
6月10日 |
455.604 |
453.860 |
1.744 |
3.828 |
|
6 |
90 |
6月15日 |
538.027 |
536.420 |
1.607 |
2.987 |
（二）誤差影響因素分析
從系統(tǒng)運(yùn)行情況看，雖然我們使用了0.1級(jí)的質(zhì)量流量計(jì)，計(jì)量精度較高，但流量計(jì)與手檢尺、靜態(tài)衡比對(duì)的數(shù)據(jù)并不理想。根據(jù)我們對(duì)全過(guò)程的跟蹤分析，在實(shí)際使用中油品計(jì)量的最終結(jié)果同時(shí)也受以下因素影響：
1、傳感器安裝方位的影響。由于質(zhì)量流量計(jì)到貨較晚，檢修期間現(xiàn)場(chǎng)施工采用了設(shè)置臨時(shí)直管段替代流量計(jì)的辦法。流量計(jì)到廠后將該直管段拆除，直接安裝流量計(jì)。由于施工質(zhì)量和管段變形等原因，有個(gè)別表存在安裝不垂直，法蘭不對(duì)中的現(xiàn)象，使流量計(jì)存在過(guò)度應(yīng)力，影響流量計(jì)計(jì)量的精確性。
2、氣動(dòng)控制閥密封性能的好壞。氣動(dòng)控制閥密封不嚴(yán),批量控制器在開(kāi)始采集數(shù)據(jù)前，流量計(jì)已經(jīng)開(kāi)始走量而造成漏計(jì)量；另裝車(chē)完畢，由于氣動(dòng)閥關(guān)閉不嚴(yán)，會(huì)造成付完油冒罐的危險(xiǎn)。
3、操作流程的影響。裝車(chē)工每次裝車(chē)完畢，有時(shí)會(huì)打開(kāi)氣動(dòng)閥后的回油閥，便于排空鶴管內(nèi)的油品以防漏油。再次裝車(chē)時(shí)汽油需重新充滿鶴管，流量計(jì)讀數(shù)與實(shí)際裝車(chē)量相比偏大。鶴管直徑100mm，長(zhǎng)約4m，大約可儲(chǔ)存25kg的汽油。由于裝車(chē)工對(duì)回油閥操作的隨意性，使得流量計(jì)的計(jì)量差量也無(wú)規(guī)律，雖然鶴管內(nèi)的油量不算多，但對(duì)于用于貿(mào)易交接的流量計(jì)，25kg已足以影響最后的計(jì)量準(zhǔn)確性。
四、解決辦法
針對(duì)以上種種問(wèn)題，我們陸續(xù)采取了以下措施：
1、首先校正個(gè)別表的安裝方位，消除安裝應(yīng)力。
2、解決閥門(mén)泄漏的問(wèn)題，更換了部分泄漏嚴(yán)重的閥門(mén)。
3、改變裝運(yùn)車(chē)間現(xiàn)有裝車(chē)程序，由室內(nèi)操作工先打開(kāi)氣動(dòng)閥后，現(xiàn)場(chǎng)裝車(chē)工再打開(kāi)手閥，這樣不僅避免了上述情況造成的漏計(jì)量，而且氣動(dòng)閥先開(kāi)也有效避免了氣動(dòng)閥門(mén)迅速打開(kāi)造成的“水擊”現(xiàn)象對(duì)流量計(jì)的影響。
4、規(guī)定裝車(chē)工裝車(chē)完畢須打開(kāi)回油閥時(shí)，并及時(shí)通知計(jì)量員，以便計(jì)量員分析流量計(jì)多計(jì)量的25kg油量，并從最后計(jì)量值中扣除。
五、運(yùn)行效果
采取上述措施后，流量計(jì)與檢尺、過(guò)衡比對(duì)差值明顯減少，出廠計(jì)量誤差小于2‰。詳見(jiàn)表5和圖5。
2004年10月鐵路裝車(chē)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)正式用于出廠貿(mào)易交接，大大提高了汽油鐵運(yùn)出廠的計(jì)量準(zhǔn)確度。裝車(chē)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)用于貿(mào)易交接6個(gè)月（至05年4月）以來(lái)汽油鐵運(yùn)出廠損耗下降了0.3%，按每年汽油出廠70萬(wàn)噸，平均銷(xiāo)售價(jià)格4000元/噸計(jì)算，可有效減少損失800萬(wàn)元左右。由此可見(jiàn)裝車(chē)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)不僅有效減少運(yùn)輸中的油品損耗、消除安全隱患、減輕操作員工勞動(dòng)強(qiáng)度，大大降低了由于計(jì)量誤差造成的產(chǎn)品出廠損失，也避免了計(jì)量糾紛的出現(xiàn)，對(duì)維護(hù)企業(yè)利益和信譽(yù)起到了積極的作用。
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表5 鐵路槽車(chē)流量計(jì)手檢尺批標(biāo)定數(shù)據(jù) |
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序號(hào) |
汽油標(biāo)號(hào) |
標(biāo)定日期 |
流量計(jì)讀數(shù) |
人工檢尺量 |
差量 |
差率‰ |
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1 |
90 |
7月29日 |
567.054 |
566.437 |
0.617 |
1.09 |
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2 |
90 |
7月29日 |
546.436 |
546.623 |
-0.187 |
-0.34 |
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3 |
93 |
7月31日 |
504.548 |
505.407 |
-0.859 |
-1.7 |
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4 |
93 |
8月1日 |
524.272 |
523.237 |
1.035 |
1.97 |
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5 |
93 |
8月1日 |
294.525 |
294.346 |
0.179 |
0.61 |
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6 |
90 |
8月2日 |
539.534 |
539.028 |
0.506 |
0.94 |
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7 |
90 |
8月3日 |
560.614 |
559.876 |
0.738 |
1.32 |
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8 |
90 |
8月3日 |
328.394 |
328.372 |
0.022 |
0.07 |
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13 |
90 |
8月6日 |
329.009 |
328.387 |
0.622 |
1.89 |
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10 |
90 |
8月12日 |
480.498 |
480.687 |
-0.189 |
-0.39 |
圖5 每批付油后流量計(jì)與手檢尺比對(duì)趨勢(shì)
作者簡(jiǎn)介：尹曉玲，女，山東濟(jì)南人，1994年畢業(yè)于杭州中國(guó)計(jì)量學(xué)院熱工系熱工計(jì)量測(cè)試專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)工作于中石化集團(tuán)濟(jì)南分公司計(jì)量中心，從事產(chǎn)品出廠計(jì)量管理工作，任工程師。
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