(吴浩、周建文：新疆出入境检验检疫局 新疆乌鲁木齐 830063；
陈群尧：中哈管道有限责任公司； 马应奎：中检集团阿拉山口分公司)
摘要：基于2年多中哈管道计量运行数据的积累，本文探索了利用首末站计量差异对计量运行状态进行评价和分析的方法，为进一步探讨改进国际原油管道计量运行质量，减少计量误差奠定了基础。
关键词：管道；流量计；运行质量
中图分类号：TP211+. 3
项目基金：国家质检总局科研课题(2006Z002800)
The Operation Quality Analyzing and Evaluation of
Flow-meterM etering for Kazakhstan-China Crude O ilPipeline
WuHao1，Zhou Jianwen1，ChenQunyao2，MaYingkui3
(1.XinjiangEntry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，rümch，i Xinjiang，830063；
2.Kazakhstan-ChinaPipeline LLP； 3.China Certification and Inspection Group XinjiangCo.，Ltd. )
Abstract：Based onmetering datum collecting over two years inKazakhstan-China Pipeline，amethodwas introduced in this paper to analyse and evaluate metering operating state making use ofmetering result difference between starting and endingmetering station on the Pipeline. Itestablishes the groundwork for improvementmetering operating quality and grope for themethod of reducingmetering error on international crude oil pipeline.
Key words：Pipeline； Flow-meter； OperatingQuality
1 前言
中哈原油管道是我国第一条跨国石油运输管道，从2006年5月投运至今已经2年多。管道建设一期从哈萨克斯坦境内的阿塔苏到中国新疆的阿拉山口，线路长962. 2km，管径813mm，按照正常的线流速，从首站阿塔苏投入的原油需要在管道中经过1个多月的时间才能到达末站阿拉山口计量站。因此，从理论上讲，首末站的计量数据没有即时可比性。实际操作中，投产初期在管道中注入的数十万吨轻质铺底原油的油品性质与首站注入原油性质的差异；在管道和计量站注水试压过程中带入的部分残存水；管道施工完成后吹扫清除工艺不彻底而带来的杂物或泥沙；管道输送过程中高落差造成管线各段压力的变化甚至某一段的拉空；为保护流量计在投产初期不受损伤或流量计故障检修而采取的临时储罐交接计量措施等：使得长输管道计量数据的一致性检查和控制难以实现，并且影响因素众多。但是，中哈管道进口原油采取的是在哈萨克 斯坦首站预报关，在中国阿拉山口计量站交接结关的方式，众多影响因素造成的首末站计量差异必须需要澄清和解释，而管道动态计量系统不可能象静态岸罐那样可用辅助计量来验证系统的准确性，这样如何科学地评价和解释长输管道首末站的计量差异并有效地用于管道计量控制，就成为计量工作者必须解决的一个重要问题。由于阿拉山口计量站和阿塔苏首站的流量计量系统分别在2006年底和2007年3月以后才开始投用，因此无法在投产开始时就进行相关研究。如今经过2年多的运行，已具备了较充分的数据积累，从而可探索中哈原油管 道首末站计量差异产生的规律及控制方法。
2 中哈原油管道首末站计量结果差异的统计和分析
2.1 参比基准的确定和参比误差的评估
根据管输原油的特性，首末站计量数据在短期内不具备可比性。但是，作为长期连续计量的封闭管道系统，在适当的周期内其计量数据应有规律可寻，即在油品性质波动不是特别大的情况下，首末站的计量数据差异应在一个合理的范围内。为了尽量避免前述各种因素对首末站计量数据对比产生的影响，笔者采取以下措施消除影响：
(1)避开投产初期的过渡运行期；
(2)选择1个月的累积数作为对比观察的最小单位，以总的累积误差作为观察和控制目标；
(3)对管输原油主要特性变化对计量结果的影响进行评估。
中哈管道输送原油的密度、水分、沉淀物是3个对净重计量结果有着重要影响的特征参数，图1、图2、图3分别显示了2006年12月~2009年2月这3个参数的变化情况。从图中可以看出这3个参数没有明显的趋向性特征，基本上属于随机波动，在个别点出现的尖峰是由于清管作业所造成。为了便于分析，我们分别按月度求取平均值列于表1。
图1 2006年12月~2009年2月中哈管道原油密度波动图
图2 2006年12月~2009年2月中哈管道原油水分波动图
图3 2006年12月~2009年2月阿拉山口计量站进口原油沉淀物变化趋势图
表1 2006年12月~2009年2月阿拉山口计量站原油主要参数月平均值统计汇总表
| 年月 | 密度月均值 | 月度差 | 相对误差% | 年月 | 密度月均值 | 月度差 | 相对误差% |
| 06-12 | 830. 51 | - | - | 08-02 | 832. 36 | -0. 74 | -0. 09 |
| 07-01 | 833. 87 | 3. 36 | 0. 40 | 08-03 | 837. 32 | 4. 96 | 0. 59 |
| 07-02 | 836. 26 | 2. 38 | 0. 28 | 08-04 | 842. 0 | 4. 76 | 0. 56 |
| 07-03 | 834. 58 | -1. 67 | -0. 20 | 08-05 | 841. 58 | -0. 50 | -0. 06 |
| 07-04 | 828. 43 | -6. 16 | -0. 74 | 08-06 | 836. 36 | -5. 22 | -0. 62 |
| 07-05 | 834. 06 | 5. 63 | 0. 68 | 08-07 | 837. 95 | 1. 59 | 0. 19 |
| 07-06 | 833. 44 | -0. 62 | -0. 07 | 08-08 | 834. 51 | -3. 44 | -0. 41 |
| 07-07 | 830. 19 | -3. 24 | -0. 39 | 08-09 | 837. 82 | 3. 31 | 0. 39 |
| 07-08 | 826. 39 | -3. 80 | -0. 46 | 08-10 | 837. 12 | -0. 70 | -0. 08 |
| 07-09 | 827. 94 | 1. 55 | 0. 19 | 08-11 | 832. 65 | -4. 47 | -0. 54 |
| 07-10 | 828. 45 | 0. 51 | 0. 06 | 08-12 | 836. 48 | 3. 83 | 0. 46 |
| 07-11 | 827. 05 | -1. 40 | -0. 17 | 09-01 | 836. 24 | -0. 24 | -0. 03 |
| 07-12 | 829. 47 | 2. 42 | 0. 29 | 09-02 | 839. 69 | 3. 45 | 0. 41 |
| 08-01 | 833. 10 | 3. 64 | 0. 44 | | | | |
依照研究报告《哈中原油管道快速回路手工取样验和大罐取样的对比实验研究》[1]推出的误差分量计算公式(1)~(4)，可分别计算出由于月度油品参数变化可能引起的首末站净重计量最大相对误差。
上式中，、x、y、z依次分别代表密度、水分、沉淀物、盐含量4个参数，
依次分别代表密度、水分、沉淀物、盐含量4个参数变化引起的净重相对误差。
从图2、图3可以看出，如果忽略清管作业期间出现的峰值，水分的最大波动范围在0. 1、沉淀物的波动范围大约在0. 01以下，属于高阶分量。因为盐份的影响在以前的研究中已证明可以忽略不计[2]，所以只需计算密度和水分变化分量：
2.2 首末站计量结果的对照
对首末站计量结果差异进行2年多的连续的监测，结果列于表2。
表2 2006年12月~2009年2月首末站计量结果及差异统计汇总表(单位：t)
| 年月 | 末站 | 首站 | 差异 | 年月 | 末站 | 首站 | 差异 |
| 06-12 | 368007.376 | 372852 756 | -4845.380 | 08-02 | 417152.041 | 416841.000 | 311.041 |
| 07-01 | 377292.906 | 379819.904 | -2526.998 | 08-03 | 477446.122 | 482734.000 | -5287.878 |
| 07-02 | 338911.548 | 341229.201 | -2317.653 | 08-04 | 502187.559 | 500023.000 | 2164.559 |
| 07-03 | 384142.033 | 383500.967 | 641.066 | 08-05 | 517770.808 | 511274.000 | 6496.808 |
| 07-04 | 400293.002 | 399827.000 | 466.002 | 08-06 | 491466.710 | 489586.000 | 1880.710 |
| 07-05 | 409260.563 | 409622.000 | -361.437 | 08-07 | 521666.065 | 516 56.000 | 5510. 065 |
| 07-06 | 386837. 916 | 381733. 831 | 5104. 085 | 08-08 | 509644. 976 | 507184. 000 | 2460. 976 |
| 07-07 | 439883. 120 | 435451. 000 | 4432. 120 | 08-09 | 555029. 122 | 553782. 000 | 1247. 122 |
| 07-08 | 357932. 835 | 358840. 000 | -907. 165 | 08-10 | 630318. 517 | 629032. 000 | 1286. 517 |
| 07-09 | 441835. 083 | 439917. 000 | 1918. 083 | 08-11 | 549539. 903 | 549837. 000 | -297. 097 |
| 07-10 | 440456. 649 | 439915. 000 | 541. 649 | 08-12 | 547694. 275 | 549727. 000 | -2032. 725 |
| 07-11 | 434181. 436 | 434853. 000 | -671. 564 | 09-01 | 494453. 677 | 498097. 000 | -3643. 323 |
| 07-12 | 362268. 537 | 362161. 000 | 107. 537 | 08-02 | 458204. 936 | 458300. 000 | -95. 064 |
| 08-01 | 405332. 951 | 406876. 000 | -1543. 049 | | | | |
| 合计 | | 12219210. 666 | 12209171. 659 | 10039. 007 | |||
注：由于首站未能提供2006年7月~11月的数据，因此本统计从2006年12月作为比较检测起点。
从表2可以看出，2006年12月~2009年2月这29个月中，哈中管道首站发出的计量数据为12209171. 659，t末站接收的数据为12219210. 666，t末站计量数据较首站多出10039. 007，t相对计量误差为0. 082%。依照设计规范和两国相关标准确定的计量系统净重计量误差极限值为±0. 35%[2，3]，如果简单地从计量系统的准确度来评价，0. 082%的相对误差远小于±0. 35%，可以说计量运行正常。但是，如果把首末站每个月的计量数据之差Xi作为连续观察单元，考察累积相对误差函数F(Xn)和累积绝对误差函数f(Xn)的变化规律，累积相对误差函数F(Xn)可以表达为：
上式中，Qi表示第Xi个月的交接总量，表示第i个月首末站计量数据之差。
累积绝对误差函f(Xn)可以表达为：
上式中，Qi表示某个月份的交接总量；并假定，首末站的标准溯源误差可以忽略，没有其他造成计量结果系统性误差的因素，那么，Xi应是符合正态分布的随机变量，i=1、2、3、4、5、6…. n，当n足够大时，应有：
将表1中的首末站计量差异序列数据经处理绘制成波动图(见图4)、频数图(见图5)。图5反映了首末站计量差异值的概率分布，基本上是正态分布，但图4显示首末站计量差异值的分布并不呈现规则的正态分布，这说明，计量运行中存在其他系统性的误差。
图4 2006年12月~2009年2月首末站计量统计数据差异波动图
图5 月度首末站计量差异值频数分布图
为了更直观、全面地展示管道计量误差的波动规律，根据上述分析，依照公式(8)、(9)计算获得反映管道计量累积绝对误差和累积相对误差变化趋势图(见图6、图7)。从图6可以看出，2006年12月~2007年2月计量误差保持着负向误差累积(即体现为末站接收数少于首站发出数)，2007年3月~5月基本保持前期的误差累积水平，2007年6月~7月连续2个月持续为正向累积，至2007年7月，累积计量误差基本趋于零；在此后的7个月中，累积计量误差基本平稳，没有大的起伏。然而，2008年4月~10月期间则出现连续的正向计量误差累积，达到16107. 26t的高位。从图7可以看出，累积相对计量误差在管道运营开始时很大，最大达到-1.3%，这恰恰说明长输管道首末站即时计量数据的不可比性。随着交接数量的增加，相对计量误差则逐步缩小，但从误差数据的位置上看则多为正向误差，这说明计量系统运行存在系统性的误差。
图6 首末站累积绝对计量差变化趋势图
图7 首末站累积相对计量误差趋势图
必须说明的是，上述讨论均以首站的计量数据为参照基准，事实上，首站计量系统同样会出现系统性误差，因此在分析比对时，还应该考虑首站计 量误差。对于这一点我们可以借助国内独山子计量站的交接数据进行证实性评估，关于这方面的内容以及计量站系统性误差的主要来源将另文讨论。
3 主要研究结论
根据以上的讨论我们可以得出以下结论：
(1)虽然中哈原油管道首末站流量计计量结果不具有即时可比性，但是在一个适当周期内(比如1个月)其累积计量结果是可比的。在不存在系统误差的情况下，随着考察周期的增长，累积相对计量误差将趋近于零。
(2)中哈原油管道阿拉山口计量站流量计量系统运行正常，按照目前的运行机制能够满足累积净 质量交接误差小于0. 35%的设计要求。阿塔苏、阿拉山口、独山子3个计量站2年多来的监测数据表明3个计量站的计量运行数据关系均符合逻辑，无人为造成的粗误差。
(本文完成于2009年5月)
参考文献
[1] 吴浩，何伊宁，张新英.哈中原油管道快速回路手工取样验和大罐取样的对比实验研究[J].新疆检验检疫科技，2009，2： 1~5.
[2] GB 9109. 5-88原油动态计量油量计算[S].
[3] 全俄计量科研所-国家科学计量中心.ГОСТР8. 595-2004石油与石油产品的质量对测定方法的总要求[S].