石油安全工程油气储运实验技术

油气储运实验技术主讲：赵书华常州大学油气储运实验中心个人电话：[phone]Email：[e-mail]课程内容本课程分为实验误差与数据处理基本理论、油气储运实验技术、油气储运综合实验平台三大部分。实验误差与数据处理基本理论简要介绍：误差的概念、表示方法、产生原因以及数据的记录和实验结果的处理等相关内容。油气储运实验技术部分主要讲述：（1）油品分析与化验（2）油气分析与检测（3）油品损耗与油气回收等内容。油气储运综合实验平台简单介绍：（1）油品储运管道输送实验平台（2）油品蒸发损耗与油气回收实验平台（3）多相流实验平台等大型综合性实验平台的概况、性能及功能实现。1.实验误差与数据处理1.1基本概念误差：测量结果与真实值之间的差异，就是测量误差。测量结果：由测量所得到的赋予被测量的值，是研究的对象。真值：是指某量在所处的条件下被完善地确定或严格定义的量值。真值是一个理想的概念，实际上，真值常用实际值——用高一等级的计量标准器具所计量的量值或一列计量结果的平均值来代替。理论真值：只存在于纯理论之中。如：三角形内角之和恒为180º；一个整圆周角为360º。约定真值：也称指定值、约定值、参考值，是指对于给定用途具有适当不确定度的、赋予特定量的值。如：国际单位制（SI）中的七个基本量：米、千克、安培、秒、开尔文、摩尔、堪德拉（光强）的约定基准值，等等。误差公理：测量结果都具有误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。误差具有普遍性和必然性。1.2误差的分类误差可分为：系统误差、随机误差、粗大误差。（1）系统误差：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。系统误差具有规律性，可以根据其产生原因，采取一定的技术措施，设法消除或减小；也可以在相同条件下对已知约定真值的标准器具进行多次重复测量的办法，或者通过多次变化条件下的重复测量的办法，设法找出其系统误差的规律后，对测量结果进行修正。（2）随机误差：又称为偶然误差，是指测得值与在重复性条件下对同一被测量进行无限多次测量结果的平均值之差。随机误差具有随机性，没有确定的规律。但象其它随机变量一样，对无限次测量，随机误差服从统计规律。（3）粗大误差：又称为疏忽误差、过失误差或简称粗差，是指明显超出统计规律预期值的误差。是由测量方法不当或错误，测量操作疏忽和失误，读数错误，测量条件的突变引起的误差。由于该误差很大，明显歪曲了测量结果，应予以剔除。1.3精密度、正确度和准确度测量误差的大小通常用准确度和精密度来评价。精密度：在相同的条件下进行多次测量时,所得结果的一致程度。精密度反映的是随机误差的大小。正确度：计量结果与真值的接近程度。正确度反映的是系统误差的大小。准确度：计量结果的一致性及与真值的接近程度。准确度是精密度和正确度的综合反映。1.4误差的表示方法（1）绝对误差绝对误差表示测量值与真实值之差：δ＝x-a绝对误差是一个具有确定的大小、符号及单位的量，适用于同一量级的同种量的测量结果的误差比较和单次测量结果的误差计算。（2）相对误差相对误差是指误差在真实结果中所占的百分率。表示为：γ=δ/a×100%。相对误差常用来衡量测量的相对准确程度。1.4误差的表示方法（3）引用误差引用误差专用于仪器仪表误差的描述。引用误差是一种相对误差，而且该相对误差是引用了特定值，即标称范围上限（量程）得到的，故该误差又称为引用相对误差、满度误差。如：温度表、压力表等的精度等级就是按照引用误差进行分级的。这些仪表的准确度等级分别为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级，这些等级表明仪表的引用误差不能超过的界限。1.5测量误差的来源a)测量设备误差是指使用测量设备所带来的误差，属于系统误差。b)测量方法误差指使用的测量方法不完善，或采用近似的计算公式等原因所引起的误差，又称为理论误差，也属于系统误差。c)测量环境误差指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。d)测量人员误差测量人员的工作责任心、技术熟练程度、生理感官与心理因素、测量习惯等的不同而引起的误差。e)被测对象变化误差测量对象在整个测量过程中处在不断地变化中而引起的测量误差。f)分析误差来源注意事项：全面分析；不遗漏；不重复；重大避小。1.6有效数字有效数字是指在分析工作中实际能够测量到的数字，用来表示含有误差的近似数的。是指经过修约后所得的近似数，从左边第一个不是零的数字起到末位上的所有数字。数字修约规则：（1）若舍去部分的数值大于保留末位的0.5，则末位加1，（大于5进）；（2）若舍去部分的数值小于保留末位的0.5，则末位不变，（小于5舍）；（3）若舍去部分的数值恰等于保留末位的0.5，此时，若末位是偶数，则末位不变，若末位是奇数，则末位加1，（等于5奇进偶不进）。近似数的运算规则a)加减运算：近似数相加或相减时，小数位数较多的近似数，只须比小数位数最少的那个数多保留1位。在计算结果里，应保留的小数位数与原来小数位数最少的那个近似数相同。b)乘除运算：有效数字较多的近似数，只须比有效数字最少的那个多保留1位，其余均舍去。计算结果应保留的有效数字的位数，与原来近似数里有效数字最少的那个相同。c)乘方和开方运算：对于近似数的乘方和开方运算可归纳为；在近似数乘方或者开方时，计算结果应保留的有效数字与原来近似数的有效数字的位数相同。1.7数据处理正确记录测量值：记录实验数据时，取其可靠位数的全部数字加上第一位可疑数字，作为测量结果。正确表达分析结果：因为分析结果是由实验数据计算得来的，所以分析结果的有效数字位数是由实验数据的有效数字决定的。如测试结果有比较稳定的更高的重复性,则必要时也可比有效数字多取一位,以供应用时参考。2油品分析与化验石油已成为世界第一能源。石油产品是以石油或石油某一部分做原料直接生产出来的各种商品的总称。对于石油产品的准确分析，有助于人类正确认识和合理使用石油这一不可再生性资源。本部分主要概述石油及其产品的组成、分类，石油产品分析的任务、分析标准，石油产品试样的采集方法及分析数据的处理等。2.1.1石油及石油产品石油是一种粘稠状的可燃性液体矿物油，颜色多为黑色、褐色或绿色，少数有黄色。地下开采出来的石油未经加工前叫原油。石油产品是以石油或石油某一部分做原料直接生产出来的各种商品的总称。例如，燃料、润滑油、润滑脂、石蜡、沥青、石油焦及炼厂气等。2.1概述2.1.2油品分析的依据和意义油品分析的依据：用统一规定或公认的试验方法，分析检验石油产品理化性质和使用性能的试验过程。石油产品分析的意义：①对石油产品的生产进行样品检验，指导和控制油品的生产过程和加工质量。②对产品的质量进行有效控制和检验，确保进入商品市场的石油产品的质量。③对石油产品质量进行仲裁。当油品生产和使用部门对油品质量发生争议时，可根据国际或国家统一制定的标准进行检验，确定油品的质量，作出仲裁，以保证供需双方的合法利益。2.2石油产品分析的标准2.2.1石油产品标准所谓石油产品标准，是指将石油及石油产品的质量规格按其性能和使用要求规定的主要指标。石油产品标准包括产品分类、分组、命名、代号、品种（牌号）、规格、技术要求、检验方法、检验规则、产品包装、产品识别、运输、贮存、交货和验收等内容。2.2.2试验方法标准石油产品的试验多为条件性试验方法，为方便使用和确保贸易往来中具有仲裁和鉴定时的法律约束力，必须制定一系列的分析方法标准即试验方法标准。根据标准的适应领域和有效范围分为五类。2.2.2油品试验方法标准石油产品的试验方法的五大标准：（1）国际标准由共同利益国家间的合作与协商制定，是为大多数国家所承认的，具有先进水平的标准。如国际标准化组织（ISO）所制定的标准及其所公布的其他国际组织（如国际计量局）制定的标准。（2）地区标准局限在几个国家和地区组成的集团使用的标准。如欧盟制定和使用的标准。（3）国家标准是指在全国范围内统一使用的标准，一般由国家指定机关制定，颁布实施的法定性文件。国家标准号前都冠以不同字头。例如，我国用GB表示，美国用ANSI，英国用BSI等。2.2.2油品试验方法标准（4）行业标准是指有关各行业发布的标准。在无现行国家标准而又需要在全国行业范围内统一技术要求时，要制定行业标准。如原中国石油化工总公司标准用SH、原中华人民共和国化学工业部标准用HG。国际上著名的行业标准有美国的材料与试验协会标准ASTM，英国石油学会标准IP和美国石油学会标准API。它们都是世界上著名的行业标准，是各国分析方法靠拢的目标。（5）企业标准在没有相应的国家或行业标准时，企业自身所制定的试验方法标。企业标准不得与因家标准或行业标准相抵触。为了提高产品质量，企业也可制定较国家标准或行业标准更为先进的企业标准。在我国主要执行中华人民共和国强制性标准（GB）、推荐性国家标准（GB/T）、石油和石油化工行业标准（SH）和企业标准，涉外的按约定执行。2.3油品的基本理化性质及测定油品的理化性质是组成它的各种化合物性质的综合表现，这些性质的测定对石油产品的生产和使用具有非常重要的意义。这里主要介绍油品的密度、粘度、闪点、馏程、凝点等理化性质及其测定。2.3.1石油密度及其测定（1）石油密度石油的密度是石油最普遍的特性、是一个最基本的质量指标，它可以和其它性质综合在一起大致判断石油的组成，它也是目前贮运计量中的一个重要性质。密度：单位体积内所含石油的质量，称为石油的密度，用ρ表示，用其单位为kg/m3、g／cm3。密度有视密度、标准密度、相对密度之分。由于石油随温度变化而改变其体积，密度也随之发生变化，因此石油产品密度的测定结果必需注明测定温度，用ρt表示，其中ρ为测得之密度值，t为测定该值时的温度，例如ρ20、ρ15，就是分别表示石油产品在20℃、15℃时的密度。2.3.1石油密度及其测定视密度和标准密度：我国统一规定测定石油产品密度的标准温度为20℃，把20℃的密度规定为石油产品的标准密度，以ρ20表示，因此测定密度所用的石油密度都是在20℃时进行分度的，即在使用时只有在20℃时密度计的示值才是正确的。在其它温度下测得的密度ρt，称为视密度，需查表或计算为20℃时的密度。相对密度（也叫做比重）：在一定条件下，一种物质的密度与另一种参考物质密度之比称为相对密度，用由d表示。通常以4℃的纯水做为参考物质，由于4℃纯水的密度为1，所以油品在t℃下的相对密度值就是油品在t℃时的密度值。2.3.1石油密度及其测定（2）石油密度测量石油密度测量分为在线测量和实验室密度测量。a）在线测量在线测量大部分选用振动管式液体密度计进行测量。选用的密度计测量准确度不应超过±1kg/m3，在条件允许的憎况下，可选用测量准确度±0.5kg/m3。确定密度计的数量时，每个流量计组一般安装2台密度什，正常运行1台，备用1台。在密度计的工艺安装中，应考虑设计密度计在线检定流程。当被测介质有结蜡或结垢现象时，应考虑设置除蜡、除垢设备，以确保密度计的测量准确废．2.3.1石油密度及其测定b）实验室测量石油密度的实验室测量有密度计法和比重瓶法。密度计法是以阿基米德定律为基础的。当密度计沉入液体时，排开一部分液体，受到向上的浮力，当自重等于浮力时，密度计飘浮于液体石油产品中。比重瓶法是根据密度的定义，测定比重瓶内油品的质量和容积的比值。在20℃时，先称量空比重瓶，在称量用蒸馏水充满至标线的比重瓶，求得瓶内水的质量——“水值”，再除以水的密度得到比重瓶的容积，然后将被测石油产品充满至标线求得其质量，由此即可求出油品的密度。2.3.1石油密度及其测定C）石油密度的测定标准GB/T1884-2000原油和液体石油产品密度实验室测定法(密度计法)——相当于ISO3675，ASTMD1289，GB/T1885视密度换算表。GB/T2540石油产品密度测定法(比重瓶法)——相当于ISO3838，ASTMD1217；密度计法简单方便，一