葛平金 陈实公 胡明文 田洪迪 高瑞刚

葛平金 ¹ 陈实公 ^{1 #} 胡明文 ¹ 田洪迪 ¹ 高瑞刚 ²

摘 要 本研究针对海运口岸进口原油监管取样面临的现状，通过分析国家标准并结合实际情况，借助对比实验和模拟实验的方法，建立进口船运油品管线智慧取样系统，并迭代升级为管线智慧取样2.0版本。经实验验证，该系统能够在海港码头接卸环节实施管线自动取样，单船次时间节省4 h，达到降低取样误差、提高通关效率和缩减企业成本的良好效果。目前，原油管线自动取样器已在日照港岚山港区试点运行。

关键词 海运口岸；进口原油；海关监管；智慧取样

Application Exploration and Effectiveness Analysis of Intelligent Sampling for Imported Crude Oil Pipelines at M aritime P orts

GE Ping-Jin ¹ CHEN Shi-Gong ^1# HU Ming-Wen ¹ TIAN Hong-Di ¹ GAO Rui-Gang ²

Abstract This article focuses on the current situation of imported crude oil supervision sampling. By analyzing national standards and combining them with actual situations, using comparative experiments and simulation experiments, a smart sampling system for imported shipping oil pipelines is established and iteratively upgraded to version 2.0 of pipeline smart sampling. This system is capable of implementing automatic pipeline sampling in the unloading process at the port terminal, saving 4 hours of time per ship and a significant amount of enterprise costs annually. It has achieved good results in reducing sampling errors, improving customs clearance efficiency, and reducing enterprise costs. At present, the automatic sampler for crude oil pipelines has been piloted in the Lanshan Port Area of Rizhao Port.

Keywords maritime ports; imported crude oil; customs control; intelligent sampling

原油是现代工业的核心基础原料，我国对原油需求量巨大，年进口原油约5.5亿吨^[1-2]，其中超80%通过海运方式进口^[3]，因此，畅通海运口岸原油监管通道对保障国家重要能源产业链供应安全至关重要。山东日照充分发挥港口位置优势，努力打造世界级海洋港口群和现代海洋经济发展高地，主动承担保障原油进口的重要任务^[4]。随着技术的不断发展，进口原油监管在人工取样流程、提高查检效率和节约企业成本等方面还有待进一步提高^[5]。本研究聚焦石油管输工业中自动化检测设备的应用及作用，根据进口油品取样相关标准和相关法律法规，结合油品进口环节的特点，研发管线智慧取样系统，在海港码头接卸环节实施管线自动取样，在提高通关效率的同时大幅缩减企业成本。目前，原油管线自动取样器在前期应用基础上进一步升级为管线智慧取样系统2.0并已在日照港岚山港区开展试点。

1 海运进口原油监管现状

在海运进口油品监管过程中，目前国内海港口岸原油取样主要依据GB/T 4756—2015《石油液体手工取样法》^[6]采用手工取样的方式进行^[7]。船舶靠泊后，海关关员需要在合适环境条件下开展取样作业，过程中要完成手工取样法规定的多舱位（即在10个舱以下的应逐仓全部取样，10个舱以上的按总装载舱数的75%取样）、多点位（五点法：表层、上中层、中层、中下层、下层）以及样品现场处理、封存，防护用品穿脱等工作程序，其工作时间在4 h以上。在现场人工取样时，样品质量容易受到容器罐型、取样工具差异、操作人员经验手法等因素影响，产生质量方面的变化，与原货物状态产生偏差^[8]。不同阶段和时间取得样品的一致性也容易受到干扰，造成检验的可重复性差，结果可靠程度降低。同时，进口海运原油属于大宗散货，运输船舶吨位较大吃水较深（一般为30万t级），靠泊需要按照潮汐时刻表在海水涨潮时进行，对通关效率和通关成本产生一定影响。

2 进口原油管线自动取样设备的设计思路和应用

为进一步提升进口原油通关效率，本研究基于GB/T 36170—2018《原油》^[9]和GB/T 27867—2011《石油液体管线自动取样法》^[10]以及GB/T 9109—2016《石油和液体石油产品动态计量》^[11]的要求，对普通管线自动取样仪器进一步从取样执行机构精准性、过滤系统优化、远程控制升级、管路设计革新、增压泵性能提升等五大技术维度进行创新，最终实现管线取样的可复制性与标准化验证，从而达到稳定性高、精准性高、耐压高、结构稳固、装配快捷、运维高效等六大目标。图1为自动取样设备原理图。

2.1 取样准确率提升

2.1.1 技术改进

为提高该取样设备的结果准确性，符合国家相关技术要求，该取样设备采用复合式旋转摆动往复取样技术，突破传统单一往复运动模式，通过引入行星齿轮传动系统与液压缓冲装置的协同控制，实现取样行程精准调节（范围0.5～3 mm可调），在确保300 L/min大流量取样能力的同时，能够将机械振动幅度降低62%，定位精度提升至毫米级。同时，该装置取样活塞采用电力驱动，无液压油污染，确保油样纯度，安全性符合GB/T 3836—2021《爆炸性环境》^[12]防爆要求。此外，配套的称重台能够实时监测样瓶重量，样满后自动停机，有效防范“跑冒滴漏”现象。

2.1.2 标准支持

GB/T 9109—2016要求动态计量系统的设计需遵循“代表性、连续性和稳定性”原则。改进后的取样执行机构通过复合式旋转摆动往复技术，结合称重台实时监测与数据融合算法，确保取样间隔均匀性（误差≤0.05%），满足标准对“代表性”的核心要求；同时，液压缓冲装置和电力驱动设计保障了系统连续运行的稳定性，符合标准对“连续性”与“稳定性”的规范。由实验验证可得，在连续30 d测试中，误差稳定在0.04%～0.05%之间，结果统计如图2所示。

2.2 防堵反冲系统与保温优化

2.2.1 技术改进

常规输油管道中，油品在流动过程中掺杂各类杂质，容易随时间在管道内堆积，甚至在管道阀门处形成堵塞，同时温度变化造成的油品密度变化也会对系统产生影响。为了尽可能减少人工对过滤器的清洗频率以及对系统器件、管路的凝堵，本系统在改进过程中通过增加防堵反冲系统和优化保温措施有效预防此类情况，降低后期保养维护成本。

（1）反冲洗功能。通过内部程序对电磁阀的联动控制，自动触发反向冲洗流程，减少了杂质对电磁阀的卡阀现象，其工作流程为单次取样完成→电磁阀换向→触发反冲洗→完成冲洗→恢复取样。图3为防堵反冲示意图，DF1至DF4为换向反冲电磁阀，正常工作时DF1和DF3打开，DF2和DF4关闭；反冲洗时DF1和DF3关闭，DF2和DF4打开。

图3 防堵反冲系统工作示意图

Fig.3 Schematic diagram of the anti-clogging and back-flushing system

（2）电伴热保温设计。集成电伴热保温系统（温控±1℃），维持原油黏度在50～80 cP理想区间、管路温度始终大于实际输油温度5～10℃，杜绝了高凝原油堵塞情况的出现，符合GB/T 4756—2015对低温工况的适应性要求。

2.2.2 取样时间与送样时间标准化

该系统通过及时调整取样周期和提高送样时效性等方法，使原油取样工作更加高效规范。

取样周期动态调整与案例验证基于GB/T 27867—2011条款中7.2关于“取样频率应与管线流速相匹配以保障样品代表性”的核心原则，系统采用动态调整算法，其取样周期T （单 位：s）与管线瞬时体积流量Q （单位：m³/h）的函数关系为：

(1)

式（1）中， k为经现场标定与系统优化后确定的修正系数，本研究取k ＝ 0.6。该公式确保了在流量变化时，单位体积原油的取样概率保持恒定。

为验证该算法的实际效能，选取某批次进口轻质低硫原油（API度约35，硫含量＜0.5%，单船接卸量约30万t）进行应用测试。当卸货速率稳定在80 m³/h时，系统依据上述公式自动将取样周期调整为45 s，单次取样量控制在2.0±0.5 mL，周期控制误差≤0.3% 。在此工况下，全程卸货可采集约2400个独立子样，充分满足标准对取样统计代表性的要求。系统在不同典型流量下的动态调整性能见表1。

表1 技术特征对比表

Table 1 Comparison of technical features

系统严格遵循GB/T 36170—2018条款6.1.4对样品连续性的要求。根据卸船作业计划自动启停，取样过程中，集成称重模块实时监测并记录取样次数、累积容量、管线温度及压力等关键参数。

实测数据表明，得益于系统的电伴热保温与快速传输设计，送至实验室的原油样品温度下降≤2℃ ，含水率测量偏差≤0.02% ，该结果符合GB/T 8929—2006《原油水含量的测定 蒸馏法》^[13]的精度要求，有效保障了样品从采集到分析全过程的状态稳定与数据可靠。

2.3 远程监视软件升级控制功能

2.3.1 技术升级

本研究在原有基础上继续针对作业特点进行功能扩展，在现有MODBUS RS485远程监测基础上，新增可寻址远程传感器高速通道协议支持（Highway Addressable Remote Transducer，HART），实现远程参数调整（如取样周期、取样总量）和实时视频监控取样器运行状态。同时对数据进行加密与备份，符合GB/T 36170—2018对数据完整性的要求，支持加密存储，防止被篡改，实现数据可追溯。

2.3.2 标准支持

GB/T 9109—2016第7.3条中明确要求动态计量系统应具备完整的“数据记录与传输功能”。升级后的远程控制软件支持HART协议加密传输，自动生成包含时间戳、取样量、温度、压力等参数的完整数据链，确保数据不可篡改。同时，历史查询窗口与实时视频监控功能满足标准对“数据可追溯性”与“过程可视化”的要求。

2.4 管路系统优化

2.4.1 技术改进

（1）循环回路精简。采用一体化撬装设计，降低低流阻管路系统，增大管路直径由原来的直径12 mm改为DN15管，提升了取样器的进油量，减少管路弯头数量，局部阻力系数由1.2降至0.35。

（2）防堵反冲设计。通过系统电磁阀组，实现取样后自动冲洗，避免残留油品结晶，符合GB/T 4756—2015对防堵功能的要求。

（3）电磁阀—球阀双级截断方案（响应时间＜0.8 s），取样代表性误差≤0.5%。

2.4.2 标准支持

GB/T 3836—2021对防爆管路密封性有严格要求，优化后系统耐压提升至3.0 MPa，并通过IP65防护认证。

2.5 增压泵流量提升

2.5.1 技术改进

通过采取以下措施对自动取样装置增压泵流量进行提升：升级磁力驱动泵，选用德国产磁力驱动齿轮泵，流量从4.5 m³/h提升至6.8 m³/h，驱动效率提高25%；强化耐压性，泵体采用哈氏合金材质，耐受压力从2.5 MPa提升至3.0 MPa，适配高压管线需求；设计趋向低功耗，电机功率从2.2 kW降至1.5 kW，将能耗降到最低。

2.5.2 标准支持

GB/T 9109—2016第5.2条中强调泵组需与流量计协同工作，确保流量波动范围≤±1%。改进后的磁力驱动齿轮泵通过优化叶轮结构与哈氏合金材质，将流量波动控制在±1%，并适配高压管线（3.0 MPa），进一步满足标准对“系统稳定性”与“工况适应性”的要求。

2.6 管线取样的可复制性与标准化验证

2.6.1 设计标准化

为提高研发装置的可复制性，拓宽装置的应用场景和范围，在升级设计系统时采取以下措施：采用模块化接口标准接头，适配DN15和DN50管线，安装公差≤±0.1 mm，提高环境适应性，通过仪器仪表运输贮存试验，验证设备在-25～50℃环境下性能一致性。

2.6.2 跨场景验证

为验证本系统的实际使用可靠性，进行如下试验。选取某进口高含蜡原油（凝点≥30℃，蜡含量≥18%），在恒温输油管线（维持60±2℃）中，使用科里奥利质量流量计（精度±0.1%）实时监测流量，通过智慧取样系统连续取样100次。取样后立即使用数字密度计（Anton Paar DMA 4500M，精度±0.0001 g/cm³）在15℃下标定密度值。原始数据经统计处理，得出密度标准差为0.0003 g/cm³，优于标准要求。数据采集与处理流程符合GB/T 27867—2011附录B的重复性验证规范。高湿度盐雾环境中含水率波动≤0.05%；同时验证API MPMS 8.1的兼容性，系统可与海关的数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition System，SCADA）无缝对接，指令响应时间≤200 ms，实现快速响应。

3 实现目标

根据进口油品取样相关标准和法律法规，结合油品进口环节的特点，聚焦人工登轮取样过程面临的现状，本研究升级了管线智慧取样系统2.0系统，在海港码头接卸环节实施管线自动取样，相关技术参数及应用效果见表2。

4 试点作业验证成果

4.1 数据比对

经过多次数据比对，可得自动取样设备取样结果和人工取样结果高度统一，误差均在合理范围内，表3为一组对比数据。

由表3可得，实验进行了5次取样对比，从每组来看人工取样和自动取样结果没有明显区别，特别是密度、沉淀物和硫含量等方面的取样测量上，自动取样的效果基本与人工取样一致；前2次水分含量测量有一定误差但在合理范围之内。

表3 人工取样与自动取样结果对比

Table 3 Comparison of results between manual sampling and automatic sampling

注: “/”表示未取样.

由表4分析可知，从取样精度、作业时效、人力投入、经济成本、环境适配性及数据溯源性6个核心维度开展对比研究，智慧取样技术的综合应用效能显著优于传统手工取样模式，前者在各项评估指标中均呈现出突出优势。

表4 手工取样与智慧取样对比表

Table 4 Comparison between manual sampling and intelligent sampling

4.2 经济效益

采用该自动取样系统后，可实现快速安装与拆卸，通过撬装式设计配合液压升降支架，缩短码头部署时间；同时采用该自动取样系统，能够有效替代传统人工取样，规避雨雪天气影响，将海关查验取样对船舶靠泊卸货的影响降至最低，单船次节省时间4 h，经港口测算，可大幅节约靠泊费用，有效降低了企业经营成本，更好服务原油进出口业务。此外，还可以有效替代进口设备，减少所需经费。

5 原油管线自动取样器的应用效果分析

进口原油管线自动取样器在日照港岚山港区安装后，经过两年时间的运行，利用系统助人、机器代人的途径，实现减轻业务现场工作负荷，提升岗位人员监管效能，降低监管作业伴生风险的有效尝试。

5.1 提升监管效能

（1）自动取样系统上线后，在船运油品靠泊完成同时即可开展卸货作业，取样过程贯穿整个卸货过程，油轮靠泊卸货与取样工作互不干扰且不再受雨雪等恶劣天气影响，大大缩短了靠泊等待及人工作业取样时间。

（2）系统上线后，整个取样过程由管线智慧取样系统控制完成，取样方法科学高效，所取得样品同一性及代表性强，稳定性高。

（3）系统采用微电脑控制，可远程联网，实现取样过程全留痕且取样记录不能随意修改，在实现取样工作客观可追溯的基础上保证了海关执法公正，有效规避了因人工操作带来的误差。

5.2 降低经营成本

（1）实现顺势监管，降低企业成本。在海港码头接卸环节实施管线自动取样，可实现油品船舶停泊取样的全天候零等待，船舶和港区可以充分利用潮汐停靠卸货；对于需取样送检的货物将每船节省3 h以上的取样时间，大幅缩短了油轮留港的时间，提高了泊位的利用率，极大提升了通关效率。

（2）实现先行先试，提高执法效能。管线智慧取样系统的建设符合GB/T 27867—2011标准，目前该项目已完成符合上述标准的评估，并且已纳入CNAS实验室认证。结合“先放后检”政策，在提高检测准确度的同时，可大大提高油品接卸效率，企业物流成本更低。

5.3 保障生产安全

（1）消除作业环境安全隐患。系统上线后，查验关员只需远程设置好相关参数，系统便可自动开展取样作业，整个过程可通过视频监控进行监督，无需关员登轮作业，降低了潜在的跌落隐患，作业安全性得到提高。

（2）提升监管安全保障。管线自动取样系统在设备开发设计过程中充分考虑了油品取样的风险要素，安全性符合GB/T 3836—2021防爆要求，安全隐患大幅降低，不断提升口岸原油贸易安全监管水平。

6 结语

管线自动取样系统是顺应信息智能技术逐步影响社会发展新形势下积极应用的智能设备，是口岸监管数字化转型的重要成果，改变了传统监管模式，对智慧海关建设具有重要意义。通过数据集成监测、伴热辅助、复合式旋转摆动往复取样技术、防堵反冲系统等模块，确保所取样品具有代表性和稳定性，同时使海关监管从现场转向线上，实现进口原油船舶的高效智能化全链条监管。未来，本研究将继续改进自动取样系统，减少对样品的扰动，提高取样效率和结果准确率，同时探索引进人工智能自主统计分析样品质量变化及影响因素，助力海关工作人员建立原油风险数据库，提高进口原油监管效能。

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[13] GB/T 8929—2006原油水含量的测定 蒸馏法 [S]. 北京: 中国标准出版社, 2006.

第一作者：葛平金（1990—），男，汉族，山东日照人，硕士，主要从事危化品检验工作，E-mail: 593362030@qq.com

共同第一作者：陈实公（1981—），男，汉族，安徽合肥人，硕士，主要从事口岸商品业务监管工作，E-mail: chensgong@hotmail.com

1. 日照海关 日照 276826

2. 青岛海关国际旅行卫生保健中心（青岛海关口岸门诊部） 青岛 266073

1. Rizhao Customs, Rizhao 276826

2. Qingdao Interational Travel Health Care Center (Port Clinic of Qingdao Customs District), Qingdao 266073

图1 自动取样设备原理图

Fig.1 Schematic diagram of the automatic sampling device

图2 连续30天累计误差统计图

Fig.2 Statistical chart of cumulative errors for 30 consecutive days

表2 自动取样设备技术参数与应用效果

Table 2 Technical parameters and application effects of the automatic sampling device