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国内外大宗商品储运产业计量测试技术发展现状分析

时间:2018/12/4 12:22:05 [ ] 浏览次数: 95 [ 打印 ] [ 关闭 ] [ 收藏 ]

 一、国内外大宗商品储运产业发展现状

   世界航运市场19%的大宗货物运往中国,中国商船队的航迹遍布世界1200多个港口。我国已经成为依赖海洋通道的外向型经济大国,海洋航运更是成为关系国民经济健康发展的重要因素,例如我国对外原油依存度已达到55%,进口石油中有90%依靠海运。近年来,随着全球经济一体化的不断深入发展,大宗商品储运产业发展呈稳步增长态势。

国际上,大部分世界著名港口的航运储运中转技术已经相当成熟,对其国民经济增长起着重要的推动作用。世界知名的荷兰鹿特丹港,港区面积达100平方公里,码头总长42公里,可接受54.5万吨的特大油轮停靠,年吞吐量已超5亿吨,位居世界大港前列。鹿特丹港采用最先进的电子信息技术,对港口物流操作的全过程已实现信息化、网络化,极大地提高了鹿特丹港储运中转效率。作为世界航运重要枢纽的新加坡港,南靠新加坡海峡,西临马六甲海峡,地缘优势明显,完善的集疏运网络对新加坡港口储运中转发展起到重要的支撑作用。目前,新加坡港是亚太地区最大的转口港,同时也是世界船舶燃料油加注贸易发展最成功的港口之一。政府鼓励港口企业采用先进的电子技术,注重电子技术在港口的业务洽谈和物流信息管理、船只进出港指挥等环节中的运用,建立了覆盖面广、各方联系强的EDI贸易服务网,完整全面的信息资源共享,极大地提高了港口工作效率,对新加坡港口储运中转的发展起了重大的推动作用。 

国内方面,随着我国作为“世界工厂”和贸易大国的崛起,承担货物进出口枢纽重任的国内各大港口,取得了快速发展。上海港2017货物吞吐量位居宁波—舟山港之后,位居世界第二,其中集装箱吞吐量位居世界第一,外贸吞吐量占全国沿海主要港口的20%左右,该港采用了EDI信息中心和物流信息网络平台,依托保税港区建设,构建了完善的港区监管系统,港区综合服务能力处于国内领先水平。深圳港位于广东省珠江三角洲南部,港口水域面积106平方公里,陆域面积16平方公里,500吨级以上泊位113个。深圳港拥有国际先进水平的集装箱码头中央调度系统,包括无线数据终端、集装箱定位、远程登录查询等功能,为客户提供了自动化、专业化、智能化服务。建立了港口与航运EDI信息系统,实现了信息共享,提高了码头操作效率。青岛港拥有码头15座,泊位72个,是中国第四大集装箱运输港口。青岛港实施“互联网+”战略,建设智慧港口。在国内沿海港口率先建成EDI中心和物流公共信息平台,为口岸创造了统一的物流业务交互环境。厦门港已基本实现口岸申报无纸化、货物监管智能化、旅客通关自动化、商品交易便利化和物流配送适时化,正逐步建设船舶电子联合检验系统、港口设施保安警报系统、无线港口二期工程、覆盖各港区的视频监控系统、引航调度系统、危险货物申报审批系统等信息化项目,从“信息港”向“智慧港”升级。

浙江省优越的港口条件为大宗商品储运产业的发展奠定了坚实基础。根据《浙江海洋经济发展示范区规划》以及《浙江省“十三五”物流业发展规划》,以宁波—舟山港为核心,以嘉兴港和温州港、台州港为两翼,着力构建“三位一体”港航物流服务体系,突出抓好大宗商品交易平台建设,大力发展国际中转、仓储、贸易和加工增值服务,全力打造亚太地区大宗商品物流主要枢纽。宁波—舟山港是我国最大的铁矿石中转基地和原油转运基地,国内重要的液体化工储运基地和华东地区重要的煤炭、粮食储运基地,是国家的主枢纽港之一。2017年,宁波舟山港货物吞吐量达10.1亿吨,连续9年稳居全球港口首位,并且成为世界上第一个也是唯一一个吞吐量超过10亿吨的港口。宁波—舟山港分别承担了长江经济带45%的铁矿石、90%以上的油品中转量以及全国约40%的油品、30%的铁矿石、20%的煤炭储备量,是全国重要的大宗商品储运基地。在新的历史机遇期,宁波—舟山港主动适应新形势,加快推进创新突破,全力打造全球一流的现代化枢纽港、全球一流的航运服务基地、全球一流的大宗商品储备交易加工基地、全球一流的港口运营集团。

舟山作为我国沿海主要港口和国家综合运输体系的重要枢纽,是长江三角洲及长江沿线地区能源、原材料等大宗物资中转港、集装箱干线港,是发展临港工业和现代物流业的重要基地。舟山积极打造“四基地一中心”,即建设以石油储备为核心的国际油品储运基地,以鱼山岛炼化项目为核心的国际绿色石化基地,以保税燃料油供应为核心的国际海事服务基地,以矿石中转为核心的国际矿石中转基地,以油品交易为主线的国际油品交易中心。截止2017年底,舟山港域货物吞吐量达到4.58亿吨,其中油品、矿石、煤炭、粮食等大宗商品占比57.11%;保税燃料油供应量达182.8万吨,比去年增长71.8%,占宁波—舟山港保税油供应总量的76%,助推宁波—舟山港成为国内第一大保税燃料油供应港。到2020年,自贸区形成4000万吨油品储存、1500万吨铁矿石堆存规模和4000万吨/年石油炼化、500万吨保税燃料油供应能力,大宗货物年交易额达到5万亿元;未来将实现“三个一亿吨”:一亿吨油品储备能力、一亿吨炼油能力、一亿吨油品贸易能力,以油品为核心的大宗商品全球配置能力显著提升。

但是,与国外知名港口相比,我国的大宗商品储运产业及其配套技术服务能力发展相对缓慢,与我国港口货物吞吐量位居世界前列的地位不符,除了历史等原因外,其中也存在和计量能力相关的诸多不足有待于完善。

二、国内外大宗商品储运产业计量测试现状

根据大宗商品的分类,主要从大宗散货(煤炭、铁矿砂、粮食等)储运和油气储运来阐述产业计量测试现状。

1、国内外大宗散货储运计量测试现状

大宗散货(煤炭、矿石、粮食等)作为大宗战略物资的范畴,我国每年铁矿石和煤炭的出货量总计为10亿吨,占全球干散货贸易量的60%;在过去的十年里,我国在全球干散货进口中所占比例以惊人的速度增长,世界约70%的铁矿石和25%的煤炭贸易在中国交付。因此,大宗散货贸易交接的计量准确性尤为重要,如何提高我国散货计量准确度、降低贸易纠纷、创造经济效益、树立计量形象和提升计量信誉具有重要的现实意义和深远影响。

随着经济和社会的不断发展,国内外对大宗散货(煤炭、矿石、粮食等)计重的方法进行了广泛而深入的研究,目前主要包括水尺计重、电子秤、轨道衡等计量手段,以及后来延伸出来的堆场散货体积测量方法等。

第一、水尺计重方法。水尺计重,原称固体公估,指的是在阿基米德原理的基础上,以船本身为计量工具,对船载货物进行计量的一种方法。该种计量方法适用于价值不高或不易用衡器计重的海运散装固态商品的计重。该方法是在上世纪六十年代初由日本播磨造船厂工程师根本广太郎创立的,是在其发表的论文《关于纵倾下船体排水量速算问题》,提出了“根本氏二次修正公式”。该公式后来传入我国,经过研究和验证予以肯定,并在操作规程中明确采用。通过四十多年的实践证明,这一修正计算公式准确、容易计算,已为国际贸易广泛接受。

“水尺计重”通过在装(卸)船前和装(卸)船后分别测定前后两次船舶的吃水线,并测定前后两次的船用淡水、压舱水及燃油的贮存量或消耗量,同时前后两次测定船边港水密度,然后按照船方提供的排水量表或载重量表以及有关的静水力曲线图表、水油舱计量表和校正表等船用图表计算出船舶载运货物的重量。 影响水尺计重精度的客观因素很多:如船舶拱陷变形、定量备料更动、港水风浪等,要求船舶的艏舯艉水尺标记和载重线标记的字迹必须清晰正规、刻度正确无误,具备船舶正确而有效的图表。根据国际惯例水尺计重的误差为±0.5%。

实际操作中,状况不好的船舶其水尺计量误差范围较大,远远超过了货物交接的允差范围,误差达到±4%,当风浪较大时甚至达±7%~8%,按照95%的置信概率,其误差范围为±3%左右。船舶水尺计量的可靠性较差,其影响因素有两方面,一方面受客观环境条件影响很大,不但水尺误差很大,而且在某些情况下,无法精确观测六面水尺;另一方面,水尺计量的准确性与水尺观察者的水平、经验、责任心、心理状况等主观因素有较大关系。

第二、电子皮带秤、汽车衡和轨道衡计重方法。散状物料多以船舶为运输工具,装、卸输送大多采用皮带输送机。采用“皮带秤”在物资输送过程中同步进行计量倒是最实用、最方便的,前提是能够保证计量准确可靠。随着设计和制造技术的提高,皮带秤计量准确性和可靠性都得到了大幅提升。在国际法制计量组织50 建议(即OIML R50)皮带秤最高精度等级为0.2%,我国国家标准GB/T 7721-2008和计量检定规程JJG 195-2002中最高准确度等级为 0.5%。目前国产皮带秤技术和产品已经达到国际领先水平,能够保证计量精度达到0.2%。电子皮带秤已经普遍用于冶金、发电企业内部交接计量,完全可以在国内海港和内河贸易交接计量。机械汽车衡于20世纪50年代发展起来,近年来全数字化、智能化、网络化的电子汽车衡逐渐取代了机械汽车衡,具有精度高、稳定性好、操作方便,是厂矿、商家等用于大宗货物计量的主要称重设备,存在作业工艺复杂,能源消耗大,作业效率低的问题。轨道衡又分为静态、动态、轻型轨道衡三种,主要安装在车站、港口和装有铁路专用线路的矿山,可用于铁矿石等散装货物的称量。不断轨动态轨道衡是近期发展起来的新型计量设备,可以进一步提高动态轨道衡的称量车速和称量准确度。

第三、堆场散货体积测量方法。国内外现有堆场散货体积测量的方法主要有五种。一是标准模型法。将堆场散货整形成近似棱台体,测量出各个尺寸要素后,计算出体积;二是几何分割法。将堆场散货分割成多个近似标准几何体,然后套用标准模型法分别求各个体积,最后求和得到总体积;三是摄影测量法(立体视觉建模法)。采用摄影测量技术,建立堆场散货的近似立体模型,通过计算求出散货堆体积;四是超声波测量体积测量系统。在激光测距仪还没有广泛应用时,出现了超声波测距体积测量设备,随着激光测距的出现,逐渐在市场中消失;五是激光体积测量系统。是目前使用最为广泛的盘煤方式,激光测距配角度测量完成散货堆体表面有限点的空间位置数据的测量,通过对激光扫描数据的三维重建,形成堆场散货的H维图像,并计算出堆场散货的体积。

因安装方式的不同,目前进行体积测量的系统一般分为固定式和便携式两大类。固定式体积测量系统具有操作简单、无需前期定点、体积测量速度快、精度较便携式离等优点,但缺点就是安装复杂、受场地限制较大、存在一定的扫描盲区,无法对堆场内的每个位置进行有效的体积测量。固定式体积测量系统需要安装载体(斗轮机等),在载体底部需安装行程测量仪和回程测量仪,在载体臂上需安装二维激光扫描仪,然后将数据传输到载体工作间,进行数据采集、三维图形生成及体积计算。固定式体积测量系统因其操作的便捷性及较现有便携式体积测量系统更精确的测量结果己为大多厂家所接受。

2、国内外油气储运计量测试现状

石油在储运过程中的计量通常分为静态计量和动态计量,油品静态计量通常是指对储油容器内静止状态下的油品进行的计量。如常压下的立式罐、卧式罐、船舶舱、铁路罐车、汽车罐车的油品计量均属此类。现在又出现一些新的储油方式,如岩洞、地下洞库也需要进行静态计量,这些均是容积计量,此外还有衡器称重方式,采用地秤、电子轨道衡、电子汽车衡来称重罐中油品的质量。静态计量方法又包括人工计量和仪表自动计量法。自20世纪80年代开始,一些发达国家借助电子技术、计算机技术、传感器技术将各种新技术、新方法应用到静态计量领域,导致在静态计量方面国内外技术水平差距较大。

国内石油贸易交接油罐液位测量都是手工检尺,尽管许多罐体同时配备了各种检测原理的液位计,但大多数未作为正式商品交接的工具,仍采用人工测量液位高度:手工取样,实验室测量原理的密度、含水、查表确定容积,经过温度、压力修正计算后,乘密度并扣除含水,确定原油的净质量。整个过程都由人工操作完成。这种计量方式耗时耗力,人为影响因素较多。随着石油国际贸易的发展,相应的计量技术也在进行改良,目前应用比较成熟的静态计量方法主要有液位计法、静压法、混合法等。混合法就是结合液位计法和静压法于一体,既可以测出容器内的液位高度、油水界面高度,又可以高精度的测出混合密度,这种方式既可以满足国外体积交接方式,又能满足国内质量交接方式,具有很好的应用前景。

国外油品静态计量系统是以罐区自动管理系统为基础,已不局限于传统的液位和温度测量。利用油罐综合测量系统(HTMS)进行油罐测量,并起草建立了相应的标准。HTMS是使用自动测位仪(ALG)测量液位,自动测温仪(ATT)测量罐内液体温度,使用压力传感器测量静压,然后根据罐体容量表及介质密度计算质量。美国开发研制的静态油罐新型计量系统甚至可以在不接触存储液体的状态下,直接测量油品液位、液体温度、密度,得到油品的体积和质量,并具有很高的准确度和可靠性,辅以专用的计算机,能够对每个油罐乃至整个罐区进行收发油作业管理。测量液位的量油尺已智能化,能测量油水界面、油位高度、油温和含水率,并具有数显和计算功能。  

油品动态计量是石油在动态流动的条件下进行的计量,如流量计量。流量计量是指应用具有适当准确度的流量仪表测量流经流量仪表的流体的数量。这种计量方式速度快、自动化程度高,便于计算机自动控制,主要应用于贸易交接、石油产品海陆联运等方面、生产自动化及石油、天然气管道输送过程中。随着科学技术的发展,超声波、激光、电磁、核技术及微计算机等新技术被引入到流量计量领域。目前,常用的流量计量有容积式、速度式、质量式流量计等。其中容积式流量计、速度式流量计均可直接测得油品的体积量,通过温度、密度换算求得质量;而质量式流量计直接输出的即为油品的真空质量。目前,国际上常用的容积式流量计有腰轮流量计、椭圆齿轮流量计、刮板流量计和双转子流量计。速度式流量计速度式流量计是测量液体的速度,通过管道的截面积和时间计算流体流量。质量流量计是最近几年非常有生命力的流量仪表,其准确度可达到±0.1%。除了能直接测量质量流量外,质量流量计还能测量流体的温度、压力及密度。它测量的是流体的质量,但对含气指标要求比较严格,当油气比超过5%时,质量流量计几乎不能运行。质量流量计用于油品计量、贸易交接具有很大的优势,既可以实现质量测量,又能满足体积交接需求。原油以液体容积式流量计为主,轻质液态烃以科氏力质量流量计为主。天然气计量以差压式流量计、速度式流量计的动态方式进行。

我国的油品计量技术标准全部是参照国际和国外先进的标准制定的,且多数与交接方式无直接关系。这为我国原油、成品油贸易交接方式与国际多数国家通行的体积量交接方式接轨奠定了技术基础。原油、成品油在采用体积量进行贸易交接时,需要配套的计量技术标准约有22项。我国现已有20项计量技术标准,配套率为90%。在未配套的2项标准中,《液位和温度的自动测量》标准正在制定中。在静态计量领域,对于大型储罐、岩洞的、地下洞库等大型储油场所,采用传统的计量方式耗时耗力,很难得到准确的结果,目前国内很多机构都开展了基于三维扫描技术的大型储罐自动计量系统研制,这项技术具有很好的推广价值,在实践中证明是十分有效的。三维激光扫描技术目前已经拓展到其他特殊形状的大型储油设施测量中。

三、国内外大宗商品储运产业计量测试发展方向

1、国内外大宗散货储运计量测试发展方向

从计量上讲,目前还不具备对船舶水尺进行量值传递的条件,因此不能按国家法定的计量检定系统表对船舶水尺进行周期检定,船舶水尺计量的量值不能溯源到国家基准。而实际船舶的水尺状况很复杂,有相当一部分船舶缺少必要的水尺资料,有些船舶的水尺模糊不清,甚至没有水尺,有些船主私改水尺,计量监督部门很难对此进行有效监督。因此,船舶水尺至今未纳人国家依法管理的计量器具之中。

为有效解决码头船运散料连续卸载静态计量问题,研制散料连续自动计量新型方法成为未来的发展趋势。在保障整船散料计量准确性的同时,实现无人值守自动计量。此外,便携式体积测量系统也是未来散货堆体积测量的一大主流产品。

2、国内外油气储运计量测试发展方向

由于历史、计量体制及习惯等原因,我国在原油、成品油贸易中一直采用以质量为主的交接方式。而要与国际多数国家的通行方式接轨,就要采用以体积量为主进行贸易交接,这涉及到国家石油产品计量体制的改变,要考虑传统、市场及发展的需要。计量体制的变化调整是一个系统工程,不仅涉及到企业内部管理、计量技术设备使用状况,同时更与石油产品定价机制、相关税收、石油行业财务信息密不可分。

随着科技的进步,计算机、网络技术的应用与发展,石油自动计量方式势必将取代手工计量,逐步向在线、实时、智能化靠近,同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理。目前,越来越多的自动计量系统和流量仪表被应用到库存管理及油品贸易交接过程中,其选型与应用在符合国家相关标准的技术要求,最大限度地提高计量准确度的同时,也应充分考虑计量体制的发展变化趋势,使其能够在较短时间内,对相关设备稍加调整即可适应新体制的要求。

随着计量及管理的要求越来越高,对于储运过程的石油产品计量也提出更高的要求。对于石油储运过程目前的计量要向多参数、自动化、网络化方向发展。对于储运较多的大型石油储罐,要综合考虑油品温度、液位、油水界面、环境温度等多种参数,利用先进的传感器系统及计算机技术开展相应的现场计量、远程计量及校准服务,充分利用互联网技术,建立基于云计量的观念,利用大数据实现油品储运过程计量的精准化、现代化。

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