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大宗商品储运产业计量测试需求分析

时间:2019/10/17 15:17:13 [ ] 浏览次数: 194 [ 打印 ] [ 关闭 ] [ 收藏 ]

 

一、研究背景和意义

大宗商品是人类社会存在和发展不可或缺的必需品,关系国家经济命脉和国防安全。近年来国家大宗商品问题已经成为党和国家领导人关注的核心问题之一,大宗商品安全日益成为国家经济安全的重要组成部分。舟山正在建设的中国(浙江)自由贸易试验区是以石油和天然气并重的油气全产业链为核心的包括矿砂、煤炭、粮食等大宗商品储运、中转、交易的自由贸易港区先行区。实施范围为119.95平方公里,全部落户在舟山市域内。战略定位是以制度创新为核心,以可复制可推广为基本要求,将自贸试验区建设成为东部地区重要海上开放门户示范区、国际大宗商品贸易自由化先导区和具有国际影响力的资源配置基地。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。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,目前舟山的大宗商品储运交易及其配套技术服务能力发展相对缓慢,与宁波-舟山港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问题有待于完善:(1)传统计量方法在大宗商品储运领域存在费时长、成本高等不利因素,对专业计量基(标)准的研究仍然不够深入、量值传递与溯源体系不够完善,尤其相比智慧港、智慧储运等发展趋势来说存在较大滞后性;(2)部分新设备设施(包括船舶)由于其计量性能的特殊性而缺乏专用的计量检测方法,无相关的技术标准规范,导致无法实现量值传递与溯源。

基于此,根据大宗商品储运产业计量测试需求分析,开展自贸区大宗商品储运交易相关计量问题开展研究,针对性的提出建设性建议或解决方案,为有效提高测量准确度,降低船舶在港时间,提高货运通关效率,对中国(浙江)自由贸易试验区建设具有重要的推动意义和深远影响。

二、大宗商品储运产业定义及范围

大宗商品是指可进入流通领域、但非零售环节、具有商品属性、用于工农业生产与消费使用的大批量买卖的物质商品。在金融投资市场,大宗商品指同质化、可交易、被广泛作为工业基础原材料的商品,如原油、煤炭、矿砂、有色金属、钢铁、农产品等,主要包括三个类别,即能源商品、基础原材料和农副产品[1]。大宗商品是国民经济发展的支柱,它具有广泛的关联效应,其发展程度是衡量一个国家现代化程度和综合国力的重要标志之一,对保障国家重要战略资源安全、提高海洋经济核心竞争力、促进国民经济平稳运行具有重要支撑作用。

大宗商品的上游产业为国内外的石油、天然气、煤炭、矿砂、大豆等原材料物资生产企业,通过多途径、多方式的储运产业将大宗商品运输至下游产业。下游产业为消耗原油的炼油厂、消耗石油产品的化工厂、消耗天然气的能源加工厂、消耗煤炭的火电厂、消耗矿砂的冶炼厂以及粮油加工等国民经济骨干企业,从而构成大宗商品全产业链(图1所示)。上游产业--大宗商品储运产业--下游产业之间的运输以海洋航运、管道运输、铁路运输为主。石油、天然气以各种储罐、地下洞库等方式储存,煤炭、矿砂等大宗散货以仓库、露天堆场等方式储存,大豆等粮食的储存以粮仓、储罐为主。

1 大宗商品全产业链框图

三、大宗商品储运产业测试需求研究

大宗商品储运产业对计量测试整体需求现状集中表现在对大质量、大流量、大容量等极大量的快速、精确测量和溯源;产业主要参数的量值传递途径需要研究解决,产业相关计量器具、设备设施的溯源率亟需提高。因此,需要从大宗商品贸易交接、储存、减载转运各环节以及相关的安全领域对计量测试需求进行具体分析。

(一)储运环节计量测试需求研究

大宗商品在储存过程中主要的计量测试需求集中在二方面:一是根据盘库需要测量其储量;二是根据客户要求进行混配过程中需要及时测量不同品种的数量。按照散货和液货储存分析计量测试需求如下:

1、散货储存计量测试需求

散货通常放置在露天堆场或者仓库内,堆放、整理成相对比较规则的形状进行存储。散货储存计量主要是盘库计量和配矿计量;为预防煤堆自燃或大豆等粮食霉变需要进行温度、湿度监测。以煤场盘库计量为例,传统盘库方法有人工测量方法和激光雷达方法。人工测量方法采用“皮尺+标杆”或水准仪的方式进行测量,该方法受煤堆的几何形状限制,且效率低、误差大,不能满足快速、准确盘库的需求;激光雷达方法通过扫描获取煤堆特征点,拟合并计算出煤堆体积,该方法虽然速度快,但是测量距离短,且存在测量死角和盲区,不能满足大型堆场的盘库需求。

随着航测遥感技术的发展,使智能化自动获取大型堆场三维全息形貌数据成为可能,为研究开发快速、精准盘库计量或配矿计量方法提供了解决途径。为了获得散货储存量,还需测量其堆密度。由于受到散货堆放高度、颗粒形状、表面特性和湿度等因素的影响,散货的堆密度在空间各点上存在较大差异,且随时间变化,目前仍然难以精确计算,如何准确获取堆密度是储存量测量的关键之一。

2、液货储存计量测试需求

液货储存计量主要是库存计量和混兑计量。库存计量主要通过人工检尺或液位计测量来实现,相比人工检尺而言,液位计可实现液位自动测量,测量优势明显。对于液化天然气(LNG)储罐,由于低温、密闭等环境因素,只能通过液位计进行测量;油品混兑计量主要通过流量计来实现,以满足更多类型客户对不同油品的需求,其需求与上述大宗商品贸易交接环节流量计计重测试的需求基本相同。

目前,按照JJG 971-2002《液位计》检定规程要求,测量范围超过2m以上的大量程液位计需要通过长度量、压力量、电流量等模拟转换成高度量进行检定,但模拟转换会大大增加测量结果的不确定度,并且拆卸后安装困难,影响油库正常生产工作。因此,开展大量程液位计原位在线校准技术势在必行。

(二)大宗商品分析化验仪器的计量测试需求

1、油品分析化验仪器计量测试需求

油品分析化验是油品质量、安全生产监管的重要手段,也是油品贸易价格确定的主要依据。石油产品种类多样、组分复杂,主要分析化验项目涉及200多种石油及产品和密度、闪点、水分、运动粘度、凝点和倾点、硫含量、酸碱值、灰分、残炭、热值等500多个参数,分析化验设备以及配套设备有近200多种。

目前,石油产品闪点和燃点试验器、石油产品密度试验器、运动黏度测定器等20多种油品分析化验设备已有相关的检定规程或校准规范,但是部分能测试石油产地特性指标的仪器,如石油蜡含量测定仪、实际胶质测定仪、润滑油高温泡沫特性试验器等缺少相关检定规程或校准规范,无法进行量值溯源。

2、煤质分析化验仪器计量测试需求

煤质分析是指对煤炭的物理、化学特性及其适用性进行分析检测,目的是了解煤的性质、组成和结构,以确保煤炭产品的质量得到准确测量并被有效利用。煤与煤制品检验检测项目包括密度、灰分、挥发分、发热量、碳、氢、氮、硫元素以及焦化指标、气化指标等200多个参数,分析化验设备以及配套设备有近100多种。

目前,氧弹热量计、全硫测定仪、工业分析仪、元素分析仪等少数设备已经制定相关检定规程或校准规范,初步建立了量传体系,但是部分能测试煤炭特性指标的仪器,如胶质层测定仪、灰熔点测定仪、煤炭结渣性测定仪、粘结指数测定仪等无检定规程或校准规范,其量值溯源体系有待建立健全。

3、矿石分析化验仪器计量测试需求

铁矿石是最主要的大宗金属矿产品,为了满足不同冶炼工艺的要求,近年来配矿贸易的份额越来越大。以舟山的国际矿石中转基地为例,2017年的配矿贸易达到800万吨,占矿石贸易总额的54.7%2018年铁矿石配矿贸易量要力争达到1000万吨。因此,贸易结算时对矿石检测分析的相关数据要求更为准确、全面和快捷。

铁矿石检验检测项目包括全铁含量、其他金属元素含量、非金属元素含量以及物理性能指标等。分析化验仪器主要有:原子吸收分光光度计、电感耦合等离子体光谱仪、X射线荧光光谱仪、分光光度计、激光粒度分析仪等。对计量技术需求的重点是,如何提供一站式服务,快速解决这些综合性自动分析仪器的量值溯源问题。

4、大豆等粮食分析化验仪器计量测试需求

储运环节的大豆等粮食检验主要目的是用于贸易结算、保证其安全储存和合理利用。大豆等粮食检验检测项目种类繁多,主要包括蛋白质、油脂、淀粉、纤维素、灰分、粮食酶活力测定以及转基因、黄曲霉素等有毒有害物质的检测。

大豆等粮食分析化验仪器主要有:酶标仪、脂肪测定仪、分光光度计、液-气相色谱仪、近红外粮食品质分析仪、质谱仪、波谱仪、能谱和射线分析仪等。计量技术需求主要是仪器设备的溯源和标准物质的提供。

(三)贸易环节计量测试需求研究

货物计重是国内外大宗商品贸易交接环节中至关重要的组成部分。大宗散货商品计重方式主要有水尺计重和衡器计重,液(气)货商品计重方式主要有容量计重和流量计计重。因此,可从上述四种计重方式进行贸易交接环节计量测试需求分析。

1、水尺计重

水尺计重是铁矿砂、煤炭、粮食等大宗散货物料装载离港或到港卸载交接普遍采用的一种货物计量方式。由于其计量速度快、成本低,在国际贸易中被广泛认可和应用,其计重结果是商品交接结算、处理索赔、计量运费和通关计税等的重要依据。我国《进出口商品重量鉴定规程 第2部分:水尺计重》SN/T 3023.2-2012中说明:在水尺计重过程中,影响其计算准确度的因素很多,如果船舶制表准确度在0.1%,其水尺计重准确度可达到0.5%之内。实际上由于受到船舶制造精度限制、船舶常数变化、船体变形、操作人员经验差异、风浪载荷等各种因素影响,船舶水尺计重的误差较大,容易产生贸易纠纷。

1)建造过程中水尺的计量测试需求

水尺制作和安装的准确与否,直接影响到船舶水尺计重的准确性。根据标准,水尺标志的制作和安装是用水平仪或水平软管将载重线对应高度线勘划到船体外舷侧面上相应位置处作为高度基准,勘划出对应水尺标志。在进行水尺计重时候,通过查阅船上的排水量/载重量表可以得到船舶水尺对应的载重量。但是上述水尺位置与船舶实际载重量的对应关系(排水量/载重量表)是按照船体设计确定,在船舶实际建造过程中,有一定的偏差,这些差量目前尚无统一的方法,且未应用于船舶水尺的安装修正,需要修订船舶水尺安装验收方法。

2)在役水尺校准计量测试需求

当船舶因事故或故障发生变形,或船舶长期载重运输导致船体结构发生变形,水尺随之产生形变,直接导致水尺计重产生严重误差。因此,应定期对水尺进行校准。实际上因受能力和方法的限制,只有在船舶发生严重变形需要进坞大修时,才有可能对船体和船舶水尺进行重新设计、勘划。所以,需要研究制定新方法,解决船舶水尺无法定期校准问题。

3)水尺计重辅助参数计量测试需求

水尺计重中,需要对船舶纵倾、横倾,海水、压载水和燃油密度等辅助参数进行测量,计算其实际重量后进行水尺计重修正,相关的测量仪器和分析化验设备应当进行计量溯源。由于港区海水密度并不均匀一致,受到潮流、潮位影响较大,如何及时准确测量也是需要解决的问题。

2、衡器计重

衡器计重是大宗散货进行贸易交接或在储存区域按客户要求进行混配的一种常用方式。根据作业需要可采用不同的衡器,如皮带秤、动态轨道衡、天平、台案秤、地中衡和料斗秤等设备。由于具有经济、安全、能超长距离运输等优点,很多火力发电厂和煤矿企业通常采用皮带秤和动态轨道衡进行货物计重作为贸易依据。但长期使用后,其计量准确度仅靠周期检定很难得到保证,因此,需要研究解决检定周期内现场动态检定或校准问题。

1)皮带秤计量测试需求

皮带秤计量准确度是由称重传感器与测速传感器所检测到的单位长度上的物料的重量以及皮带运行速度决定的。在长期称量过程中,由于计量托辊的非准直度、皮带张力及皮带运行阻力、电磁干扰、振动、温度和湿度变化等因素影响,使得皮带秤称重误差增大,其计量准确度依赖于日常校准。

目前,皮带秤校准有模拟校准和实物校准方法。模拟校准有挂码、链码、循环链码等方式,但是这些方法并不能充分模拟实际物料下的皮带张力,导致皮带秤校准结果与实际情况差异较大;理论上,实物校准结果比模拟校准结果更加精确,但是校准所需实物物料巨大,同时对其标定和测量存在较大难度,实际应用较为困难。要从根本上解决皮带秤的校准问题,需要研究速度、形变、受力等辅助参数与重量参数之间的关系,从而建立全量程动态校准方法。

2)轨道衡计量测试需求

轨道衡是对铁路货车装载的大宗散货计量的专用衡器,主要应用在港口和装有铁路专用线路的冶金、矿山、仓储、化工等大型企业。轨道衡检定/校准主要依靠检衡车完成,主要有T6DKT7型和T6FK型检衡车。随着大宗散货储运交接量的日益增加,对轨道衡计量测试提出了更高的要求,一是现有检衡车均为60吨级铁路货车,测量范围无法满足轨道衡100吨级秤量要求;二是轨道衡为现场检定,需封闭铁路中断行车,占用铁路线路的时间越长,给用户带来的损失越大。因此,需研制更大轴重、更高速度的新型检衡车,以满足轨道衡量值传递的需要。

3、容量计重

容量计重是以经过计量检定合格的容器为主要计量器具,对其所盛装的石油、液化天然气等大宗液货进行重量计量的一种方式。容器主要包括立式金属罐、卧式金属罐、球形金属罐、LNG罐、汽车油罐车、铁路罐车、船舶液货舱和储油洞库等,这些均需由国家计量法定机构出具相应的容量计量检定证书(包括检定结果和容量表)。容量计重的主要过程是通过测量容器内液货的高度、温度和密度,查阅对应容量表,求取体积,经过相应的修正,计算出液货的重量。容量计重一直是我国油品贸易的主要计量方法,多采用人工测量方式,计重效率低、人为影响因素多。有些国家已经采用先进的自动化计量技术,能够大大提高计重效率和准确度。在船用保税燃料油国际供应市场上,2016年新加坡保税油供油量为4860万吨,我国仅有842万吨,为了在市场竞争中获得优势,需要我们研究先进的自动容量计重技术,进一步提高油品贸易计重的效率、可靠性和准确度。

1)容量计量测试需求

容量计量的准确与否,直接关系到贸易双方的经济利益和计量信誉。容量计量通常是按照容器计量检定规程的要求在空罐情况下对容量进行检定,实际使用中由于受到液体载荷、温差等环境条件的因素影响使得罐体及基础发生变形、沉降、位移,导致罐容量表与实际不符,对容量计量准确性产生影响,如何测量并修正上述辅助参数导致的误差,对容量计量提出了新的课题和要求。随着我国大宗商品储运的发展,出现了储油洞库和大型LNG罐等新型储存方式,因其有储存空间巨大、储存温度极低等特点,需要研究相应的计量检测方法,制定专用的检定规程或校准规范。

2)容量计重计量测试需求

容量计重主要参数(重量)的准确度除了受到主要设备的精度以及操作人员能力的影响以外,还受到容器形变、装载状态、环境条件等参数影响。以船舶液货舱容量计重为例,需要查明船舶纵倾与横倾,人工测量液位高度与底水高度,同时测量液温,取样进行密度和水分测量,最后才能计算重量。由于风浪影响,船体处于晃动状态,六面水尺观察及液货舱液位测量基本上依靠个人经验,其准确性难以保证。国内外大型油船上大多安装有自动测量油位的油水界面仪,并具有数据自动记录和传输功能,但因拆装不便、缺少相应的校准规范,尚无法进行溯源。

4、流量计计重

流量计的准确性是确保贸易公正、合法的重要保证。流量计计重作为一种较先进的动态计量方式,具有自动化程度高、速度快、计量准确度高等特点,尤其是质量流量计被越来越广泛地应用于石油、天然气及其产品的贸易交接计量中,如新加坡自201711日起,针对所有船用燃料油加注操作,强制要求使用经新加坡海事和港口局批准的质量流量计系统(包含温度、密度、压力等参数测量)。

流量计一般集成在输送管线上,拆卸安装不易,送检影响企业生产运行。所以,企业在用的大口径流量计大多未及时进行安装后的检定/校准,其准确度和可靠性难以得到保证;实验室检定时与现场使用时的温度、压力和粘度有较大差异,必定会产生一定的附加误差,无法满足精准计量的需求,因此流量计的在线校准需求逐步增加,尤其是大口径流量计在线校准的呼声越来越高。

在油品输送过程中,往往发生气液二相共存情况,如果液体中气体含量超过某一值时会显著地影响质量流量计的测量值,严重时甚至会发生停止工作的现象。国内外有加装预先分离装置消除气体的方法,尝试提高测量准确度,但是实际效果并不理想,需要进一步开展相关研究;

另外,质量流量计对外界振动干扰比较敏感,液体的泵送压力变化和管道振动对其影响较大。因此,大多数质量流量计的流量传感器对安装固定及隔离振动有较高要求;同时,需要对输送泵及管道、部件的转速、振动、温度、压力等相关参数进行在线监测和分析。

(四)安全环节计量测试需求研究

确保安全生产是大宗商品储运产业相关企业最关切的问题,安全生产的相关检验检测需要科学准确的测量方法,需要计量提供溯源保障,需要研究计量新方法,需要尽快填补相关的测量能力空白。这也是计量服务全产业链和全寿命周期的重要内容之一。

1、装卸环节的安全检测需求

油(气)装卸过程需要对油气回收、可燃气体浓度、防静电及接地情况进行测量和量值溯源,检查其是否达到防火防爆的要求;在发生紧急情况下能及时转移油船而配备的应急拖带系统,按照中国船级社《钢质海船入级规范》和产品检验指南的规定,应当进行拉力测试;输油管道及管件,也应当按照船级社规定进行力学性能测试。这些大力值的测量和溯源需要计量提供配套服务。

散装货物在装船前,要对其粒度分布、适运水分极限和积载因数进行测量和验证,相关数据作为货船装载计划制定的主要依据,以确保船舶航行安全。

2、储存环节的安全检测需求

石油及油品储存区域按照危化品储存量计算,均属于重大危险源,需要对其可燃气体浓度进行不间断监测,可燃气体监测系统则需要定期进行现场校准;为预防储存区地面沉降和储罐基础沉降可能造成的重大事故,需要研制相应的监测系统以及溯源方法,需要研究监测传感器在复杂环境下性能退化特性和补偿方法。大型储油罐的定期清理检查,需要采用本质安全型的自动装置,以确保作业安全、检查全面。

3、生产环节的安全检测需求

大宗商品领域如炼化生产过程,涉及高温、高压环境及易燃易爆介质。检查安装在炼化设备、管道中的各种测量仪器仪表,往往发现没有公称压力标示,部分仪器甚至没有适用温度或介质的说明,其安全性能无法保证,存在严重的安全隐患。因此,对这些计量器具是否符合相应环境和介质条件下的安全技术要求,需要制定相应的管理规定和技术规范进行确认。

四、大宗商品储运产业计量发展趋势

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。因此,我们需要对大宗商品储运产业更深入的研究和分析,实现储运过程计量的精准化、现代化。

来源:舟山市质量技术监督检测研究院(浙江省大宗航运物流产业计量测试中心)