Учет фактического качества углеводородов при расчетах между поставщиками и получателями Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»



Учет фактического качества углеводородов при расчетах между поставщиками и получателями

Two Approaches for Calculating the Quality of Hydrocarbons Such as Oil

> <

Бегак Олег Юрьевич

главный научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института метрологии им.Д.И.Менделеева (Санкт-Петербург),

доктор технических наук, профессор 190005, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 19

Begak Oleg Yur'evich

Moscow Ave 19, St, Petersburg, 190005

УДК 330.131:658.8

Окрепилов Михаил Владимирович

руководитель отдела координации работ по оценке соответствия Всероссийского научно-исследовательского института метрологии им.Д.И.Менделеева (Санкт-Петербург),

кандидат технических наук, доцент 190005, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 19

Okrepilov Mikhail Vladimirovich

Moscow Ave 19, St. Petersburg, 190005

Проблема учета фактического качества углеводородов при взаиморасчетах имеет ярко выраженный метрологический аспект. Соответствующие показатели определяются на основании результатов измерений, вследствие чего они отклоняются от фактических значений в пределах погрешностей, что приводит к необходимости согласования результатов измерений, полученных в разных лабораториях.

В статье рассматриваются достоинства и недостатки двух возможных подходов к формированию шкал качества (ступенчатой и непрерывной) в условиях, когда значение показателя качества определяется в результате измерений, а также метрологические проблемы функционирования банка качества углеводородов на примере нефти. В качестве критерия оптимальности решения этих задач принят минимум потерь при взаимных расчетах между поставщиками и получателями углеводородов.

The article discusses two possible approaches for calculating the quality of hydrocarbons such as oil. It covers the formation of scales of quality (stepped and unbroken), with the value of the quality index determined by measuring different meteorological problems inherent in the functioning of the quality bank. These scales are similar to those found in calculating the quality of hydrocarbon oil. The blueprint considers the calculation of hydrocarbons' quality as a distinct aspect of meteorology. The measurements used to provide the figures are stated to deviate from the actual values within acceptable error limits. These limits are arrived at by harmonizing the results of measurements obtained from different laboratories. As a criterion of optimally, the solution adopted for these problems reportedly causes minimal differences between the hydrocarbon calculations reached by suppliers and recipients.

Ключевые слова: качество углеводородов, транспортировка, взаиморасчеты, шкала качества, банк качества

Keywords: quality of hydrocarbons, transport, mutual calculation, scale of quality, quality bank

В современных условиях большое значение имеет учет фактического качества углеводородов (например, нефти или природного газа) при расчетах между поставщиками и получателями [1; 2]. Его необходимость обусловлена возможностью изменения качества углеводородов (УВ) в процессе их транспортировки, во-первых, из-за процессов испарения в резервуарах, коррозии труб и других нарушений технологии транспортировки и, во-вторых, из-за смешивания УВ при

транспортировке разных партии по одному и тому же трубопроводу.

Контроль качества нефтепродуктов, например, в процессе транспортировки регламентируется соответствующими инструкциями [3; 4], в основу которых положена схема последовательной транспортировки различных партий продукции без их смешивания («схема сохранности качества»). Одновременно предусматриваются мероприятия по отслеживанию изменений качества УВ в процессе транспортировки, а также необходимость обеспечения поставщиками некоторого запаса качества продукции. В этом случае открытыми остаются следующие вопросы: каким должен быть этот запас, чтобы гарантировать покупателю качество, и почему поставщик должен нести дополнительные затраты на обеспечение этого запаса?

В. И. Воронин и Н. Н. Борисов, напротив, констатируют неизбежность смешивания различных партий УВ при транспортировке и предлагают экономический механизм учета изменения качества углеводородов при взаиморасчетах между поставщиками и получателями [1]. По аналогии с первым подходом данную схему можно было бы назвать «схемой сохранения суммарного качества» при многосторонних расчетах. Однако, в соответствии с установившимся в мире понятием, мы назовем ее «банком качества углеводородов».

Особенностью данного подхода является необходимость участия всех поставщиков и получателей УВ, пользующихся данным трубопроводом, в создании и функционировании банка качества продукции. При этом взаиморасчеты несколько усложняются, но рассматриваемый подход в большей степени отвечает действительности и отражает интересы поставщиков и получателей.

Следует подчеркнуть, что проблема учета фактического качества УВ при взаиморасчетах имеет ярко выраженный метрологический аспект. Показатели их качества определяются на основании результатов измерений и, следовательно, отклоняются от своих фактических значений в пределах погрешностей измерений. На практике это приводит к необходимости согласования результатов измерений, полученных в разных лабораториях.

Ниже рассматриваются два возможных подхода к формированию шкал качества (ступенчатой и непрерывной) в условиях, когда значение показателя качества определяется в результате измерений, а также метрологические проблемы функционирования банка качества УВ на примере нефти. В качестве критерия оптимальности решения этих задач принят минимум потерь при взаимных расчетах между поставщиками и получателями УВ.

Нефтяные УВ, например, характеризуются обширным набором коммерческих (влияющих на цену) и технологических показателей качества (плотность, фракционный состав, кинематическая вязкость, содержание воды, серы и механических примесей, температура вспышки в закрытом тигле и др.) [5]. Если для товарной нефти основными коммерческими показателями качества являются плотность и содержание серы, то для природного газа — удельная энергия сгорания (калорийность).

При использовании ступенчатой шкалы продукция делится на классы в соответствии с установленными интервалами значений показателей качества. Внутри класса продукция считается продукцией одного качества, имеющей одну и ту же стоимость. Таким способом, в частности, установлена градация товарной нефти по сортам.

При использовании непрерывной шкалы качества стоимость непосредственно связана с фактическим значением показателя качества. Последняя шкала в большей степени отвечает потребностям поставщиков и покупателей нефтепродуктов, но ведет к усложнению денежных расчетов между ними. Непрерывная шкала применяется, в частности, при определении цены природного газа в зависимости от удельной энергии сгорания.

Ступенчатая шкала качества. Метрологическая проблема ступенчатой шкалы качества УВ заключается в следующем. Необходимо оценить на основании результатов измерений некоторый параметр р, определяющий качество продукта (например, плотность нефти). В соответствии с убыванием значений р продукт делится на классы Н1, ..., Им, N > 2, что отражает переход к более низкому качеству:

Н1: Ро < Р < Н2: Р1 < Р < Р2,

(1)

Н1: РN - 1 < Р < Р№ N > 2.

Поскольку отнесение продукта к тому или иному классу происходит на основании результата измерений х, возможно ошибочное присвоение продукту более высокого или более низкого класса. Действительно, так как х = р + е, где р — значение измеряемой величины, а е — погрешность измерения, возможны ситуации, когда делается вывод, что продукция соответствует классу Н1 (т. е. р; _ 1 < х < рг). На самом деле, это заключение может оказаться ошибочным, так как р, _ 2 < р < р, или р, < х < р, + 1. В первом случае получатель приобретает продукт более низкого качества по сравнению с тем, в котором он нуждается и оплачивает (риск покупателя). Во втором случае поставщик продает продукт по более низкой цене (риск продавца). Ясно, что обе стороны хотели бы минимизировать возможные потери (или уравнять их).

Оценим влияние погрешностей измерений на вероятности ошибочной классификации продукции. На

основании этого анализа будет предложен рациональный выбор интервалов градации, определяющих разбиение на классы в зависимости от точности измерений, а также сформулированы требования к точности средств измерений (СИ), если разбиение на классы уже задано.

Для дальнейшего рассмотрения нам понадобятся следующие вероятности:

• Рц = (НЩ) — вероятность принять гипотезу Н1, когда верна Нц,

• а ц = X ¡Рц — вероятность ошибки Ц-го рода (ошибочно отвергнуть Ц-ю гипотезу).

Компактно перечисленные величины можно представить в виде матрицы вероятностей:

1" «1 Р21

Р12

Рш

1 - а,

Рт

РN 2

РN-1

1 -а

N7

X РцА ц.

»ц

1 - а.

Р21

Р12 1" а 2

0

РN-Ш

0 о

1 -а

N У

Ниже главной диагонали этой матрицы лежат значения вероятностей риска покупателя, а выше главной диагонали — значения риска продавца.

Суммарный экономический риск (в денежном эквиваленте) потенциального покупателя выражается как

X РцА ц,

>< 1

где Дц — разность цен за продукт 1-го и ¡-го классов.

Соответственно, экономический риск продавца выражается как

В большинстве случаев на практике можно ошибиться только на один класс вправо или влево. Поэтому матрица вероятностей принимает следующий вид:

Рассмотрим два критерия рационального выбора соотношений между точностью измерения и интервалами градации качества:

• критерий А, обеспечивающий непревышение вероятностей ошибочной классификации заданного

уровня: Ч < а;

аN < а;

• критерий В, уравнивающий потенциальные риски продавца и покупателя: рц = рп. В этом случае эконо-

ц ц V N-1 <

мический риск покупателя составит ^ ,=1 Ри+1А а риск продавца будет равен £ N2 »-г Если принять Д11 + 1 = Дг + и, то априори потенциальные риски покупателей и продавцов уравнены. Для того чтобы получить суммарные денежные потери, необходимо последние два выражения умножить на объем реализованной продукции.

Для получения конкретных количественных оценок найдем средний риск покупателя и продавца при условии, что все значения показателя качества равновероятны и погрешности распределены равномерно внутри области допускаемых значений. Это предполо-

жение оправдано применительно к качеству нефтяных УВ, если речь идет о смеси нефти, полученной на разных месторождениях:

Р]+1] = Р{Н]+1 \Н1 ) = р(р. <р+е<р;+1 |р¡_1 <р<р;) =

7 1

1-е(р1--р1 -1)

и

I М-

(2)

Р;-Р

4(Р1-Р1 -1Г 411

где Б] — длина 1-го интервала градации качества.

При вычислениях предполагается, что ширина диапазона превышает границы погрешности СИ. Аналогично получаем:

Р 11+1 = Р(Н|Н1+1) = р{р1 -1 < р+е < р]|р1 < р< Р1+1) = 1 г 1 ^ е _ е (3)

Р;+е р

>1+1 -рД 21йЩ= 4(р1+1 1 41

1+1

В общем случае, когда абсолютная погрешность измерения зависит от значения измеряемой величины, имеем:

е

Р11+1

1+1

41

(4)

1+1

С учетом этого выражения найдем вероятность ошибки -го рода:

а

= X Рц =

1*1

Р21' 1 = 1

Р^ц + Р1+11,2 <1< N - 1, = Ры_ш, 1 = N, 01

4Б

е,

21,

1 = 1,

2 < 1 < N - 1,

(5)

41

1 = N.

Следовательно, требования критерия А сводятся к следующему:

е;

<а, ¡ = 1, ..., N.

21

(6)

Требования критерия В трансформируются следующим образом:

9,+1 е..

-11 = -1= еопв1;, 1 = 1, ..., N.

(7)

Полученные результаты можно использовать для разбиения диапазона изменения показателя качества продукта на интервалы, обеспечивающие непревышение заданной величины а вероятностями ошибок -го рода и уравнивание рисков поставщиков и получателей углеводородов.

Рассмотрим методику такого разбиения на двух примерах:

1) границы абсолютной погрешности измерений остаются постоянными (не зависят от значения измеряемой величины 9). Тогда реализуется следующая последовательность действий: ♦ задается допустимое значение а вероятностей ошибок 1-го рода;

♦ интервал А = (р0, рх) выбирают из условия

9 * т. е. Б1 = ;

2Б1

♦ последующие интервалы выбирают из условия

11 = 2а' т. е. Б =

2) границы относительной погрешности измерений

а

и = — остаются постоянными. В этом случае:

♦ задается допустимое значение а вероятностей ошибок 1-го рода;

♦ интервал = (р0, рх) выбирают из условия

4ар0

———т < а, т. е. р1 =-—, где р0 — ниж-4(р1 -р0) 1

няя граница диапазона изменения измеряемого параметра;

♦ последующие интервалы выбирают из условия

< а, т. е. р! =

2«р1-1

2(Р1 - Р1-х) "

Гипотеза о равновероятности значений показателя качества не выполняется, если транспортируются, например, нефти, имеющие практически неизменные показатели качества. В этом случае, если значение показателя качества близко к границе интервала, ошибки -го рода могут быть значительны. Поэтому при разбиении на классы необходимо стремиться к тому, чтобы действительные значения показателя качества находились на достаточном расстоянии от границ интервалов.

Непрерывная шкала качества и банк качества нефтяных углеводородов. В этом случае задается отправная точка показателя качества р0, а доплата (или вычет) за качество УВ определяется по формуле:

с = Щр - Р0Х

(8)

где & — коэффициент пропорциональности.

В этом случае возможные (потенциально равные) потери продавца и покупателя полностью определяются погрешностями СИ:

Аф = kАрV,

(9)

где Ар — границы погрешности СИ; V — объем поставленной партии углеводородов. Этот алгоритм реализуется, в частности, в так называемых «банках качества нефти».

В связи с тем что при транспортировке по магистральным нефтепроводам (МН) нефти, полученные на разных месторождениях и различающиеся по качеству и стоимости, перемешиваются, необходим механизм определения стоимости партии нефти с учетом ее реальных показателей качества при загрузке в МН поставщиком и передаче получателям. Этот механизм, известный как «банк качества», впервые был внедрен в нашей стране в Каспийском трубопроводном консорциуме (КТК). В силу специфики этого МН (долевое участие компаний разных стран, смешивание российской и казахской нефти, существенно отличающихся по качеству) его функционирование невозможно без банка качества. Но организация банков качества предусмотрена и на других магистральных нефтепроводах. Поэтому эта проблема является весьма актуальной для всего УВ-транспорта.

N

В банке качества КТК удельная стоимость Сц одного барреля 1-й партии нефти ц-го поставщика определяется по формуле:

си = К + Cppij + CsSiV

(10)

-i] ■ -f-rij ^ S ij>

где pij, Sij — относительная плотность в единицах API и массовая доля серы в нефти, а Cp, CS, К — константы, определяемые по международной корзине эталонных марок и ценам, складывающимся на средиземноморском рынке нефти.

Если эта формула распространяется на все партии нефти, образующие смесь КТК, то она должна распространяться и на саму смесь. Поэтому стоимость одного барреля смеси КТК будет равна:

UpV 11SV

cCM = К + CP

j=1 i=1

k n

■ + C.

j=1 i=1

kn

(11)

llVj llVi.

j=1 i=1 j=1 i=1

и разность этих стоимостей составляет

ij

Ac.- = с — с =

ij ij CM

= C„

llpijVij

j=1 i=1

kn

llVij

j=1i=1

+ C.

Sij -

11 SiVij j=1i=1

kn

j=1i=1

Следовательно, платеж (доплата) по банку качества ц-го поставщика или получателя нефти определяется как:

ЦрцУц

ц=11=1

Ру к п

Cj = I Vij

i=1

+ C„

Sij -

llVij

j=1 i=1

kn

11 SjjVjj

j=1i=1

kn

llVj

j=1 i=1

(12)

Из приведенной формулы следует, что сумма платежа Сц не зависит от К.

В нашей стране принято вести учет нефтяных УВ при коммерческих расчетах в тоннах. Поэтому перейдем от объемов к массам нетто т.ц партий. С учетом формулы:

141,5 101 к

Р АР1 = ---131,5,

кАР1 ар

(13)

где а — коэффициент перевода относительной плотности нефти рАР1 в абсолютную р, имеем:

т<> МЩц (р АР1ц + 131,5)

V = -i-ij p.

ij

141,5

(14)

Далее мы опускаем индекс API. В этом случае платеж (доплата) по банку качества j-го поставщика или получателя нефти составит:

Формула (15) в полной мере соответствует принципу учета фактического качества нефтяных УВ при взаимных расчетах между поставщиками и получателями. Поставщик получает деньги непосредственно за нефть того качества, которое он сдал на транспортировку, а получатель оплачивает товар в зависимости от его качества.

Метрологический аспект банка качества заключается, в частности, в следующем. Методика ведения банка качества КТК предусматривает проведение раздельных расчетов на входе и выходе системы. При этом из-за технологических потерь и погрешностей измерений количественных и качественных показателей партий нефтяных УВ неизбежно несовпадение характеристик смесей КТК на входе и выходе, приводящее к дебалансу между суммой платежей получателей и суммарной выручкой поставщиков. Этот дебаланс, в зависимости от его знака, будет либо источником дополнительных финансовых потерь «Компании КТК», либо основанием для претензий поставщиков и получателей в части неправильного определения сумм платежей и выплат в банке качества.

Для предотвращения подобных ситуаций необходимо установить процедуру и методику корректировки платежей и выплат в банк качества с учетом характеристик точности узлов учета и измерительных лабораторий всех компаний-участников. Рассмотрим упрощенную постановку этой задачи, предположив, что удельная стоимость нефтяных УВ определяется одним параметром качества p. Доплаты или платежи за качество при одном определяющем параметре, в соответствии с (8), составляют

C = k(pi - p0)V,

где k — коэффициент пропорциональности; pi — фактический показатель качества нефти; p0 — базовый показатель качества (показатель качества смеси, транспортируемой по нефтепроводу).

В этом случае поставщик за i-ю поставку получает доплату, если pi > p0, и доплачивает сам, если pi < p0, в размере k(pi - p0)V. Аналогичная доплата или компенсация полагается и покупателю.

В основу банка качества нефти положено нулевое сальдо при взаимных расчетах между поставщиками и получателями, пользующимися данным нефтепроводом:

Xk(Pi -P0)Vi =Хk(pj -P0)Vj, (16) ij где суммирование по индексу i ведется по всем поставкам, а суммирование по индексу j — по всем получателям нефти. Причем поставки и прием нефтяных УВ синхронизированы по времени, т. е. это соотношение записывается для некоторого фиксированного интервала времени (например, месяц).

Равенство (16) является следствием сохранения объемов, измеренных при одинаковой температуре или приведенных к ней. Оно легко может быть приведено к виду, удобному при взаимных расчетах по массе ш{:

1 k(Pi -р0) m=i k(p j -Р0) m

i ri j Hj

C, =

a

j 141,5^

i=1

£ mij (Pij + 131,5)

C„

НрЛ (Pj+131,5)

j=1 i=1

ij k n

11 m (pj +131,5)

j=1 i=1

+ C„

S -

11 Sijmij (Pij+131,5)

j=1 i=1

ij k n

(15)

11 m (pj +131,5)

j=1 i=1

или

2>l' "Г

m

, = 1 *

'1Л

руу

m j ■

(17)

Проанализируем причины, которые могут на практике привести к нарушению этого равенства:

• потери нефтяных УВ в ходе их транспортировки

(IV * IV);

I 1

• погрешности измерения показателя качества р;

• изменение качества нефти в результате неконтролируемых процессов, отличных от смешивания. Пусть поставщики нефтяных УВ располагаются на

всей протяженности нефтепровода, а отгрузка продукции осуществляется в конечном пункте МН. В соответствии с нормами потерь нефти п, установленных в килограммах на тонну на 100 км пути, можно рассчитать потери для каждой 1-й поставки:

Am, = 10 5n х m, х l. т,

(18)

где Хх — расстояние от поставщика до отгрузки, км (в данной формуле размерность п - 1/км).

При этом равенство (17) преобразуется следующим образом:

I * (1

Ро

m

(1 - 10 -5 nl, ) = £ *

1

Ро

pj

m j ■

Учтем также потери пх в течение одного дня хранения нефти и потери п2 при погрузке нефти, обычно выражаемые в кг/т:

X*11 - ^ |m, (1 -10-5nl, -10-3 (nD + n2)):

= 1 *

i V

1 -Po

(19)

mj,

где 1 — количество дней хранения.

Это равенство на практике также не соблюдается вследствие погрешностей измерений массы нетто и показателя качества нефти. Разность между правой и левой частями (19) составляет дебаланс, обусловленный погрешностями измерений (так называемые «инструментальные потери»). Он равен:

А = 1 *| 1 - f4m, (1 -10-5 ns, -10-3 n D, + n)) -

' D ^ (20)

-I * (1 P0

j

1 -

P j

где ть, т1, р^, р 1 — результаты измерений массы нетто и показателя качества поставщиками и получателями. Этот дебаланс должен быть поделен между ними. При этом разумно придерживаться принципа, в соответствии с которым он делится пропорционально наиболее ожидаемым погрешностям измерений массы нетто и показателя качества каждой партии продукции (отгруженной и полученной).

Метрологическое обеспечение банка качества нефтяных УВ проводится не только с целью учета характеристик точности измерений при определении сумм платежей и выплат в банк качества. Для повышения точности взаимных расчетов между участниками необходимы согласование результатов измерений при сдаче-приеме продукции, установление единых обоснованных требований к точности контрольных и арбитражных измерений, проведение межлабораторных сличений измерительных лабораторий участников и другие работы. Во избежание разногласий в оценке указанных показателей на пунктах приема партий должна быть предусмотрена процедура независимого метрологического контроля измерений. Организацию этих работ должен осуществлять независимый консультант по метрологии — авторитетная метрологическая организация.

Литература

1. Воронин В. И., Борисов Н. Н. Экономика нефтепроводно-го транспорта. М.: Наука, 1997. 310 с.

2. Бренц А. Д. Планирование на предприятиях нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра, 2002. 333 с.

3. РД 153-39.4-034-98: Инструкция по контролю и обеспечению сохранности нефтепродуктов на предприятиях трубопроводного транспорта. М., 1999.

4. Методика расчета тарифов на услуги по перекачке, перевалке и наливу нефти в системе магистральных нефтепроводов Российской Федерации: инструкции и рекомендации // Трубопроводный транспорт нефти. 2003. № 1. С. 32-36.

5. Справочник нефтепереработчика / Под ред. Г. А. Ластов-кина, Е. Д. Радченко, М. Г. Рудина. Л.: Химия, 1986. 648 с.

Образование европейского уровня

Уже в первые годы Университет активно развивал международные проекты в области подготовки кадров с участием зарубежных партнеров.

В настоящее время приоритетным направлением международной деятельности Университета стало активное участие в международной интеграции российской и европейской систем образования в соответствии с Болонской декларацией. Поддерживаются тесные связи более чем с 50 зарубежными университетами и организациями, среди которых: Немецкая служба академических обменов (DAAD), Университет Мюнхена и Стейген-бергергская академия (Бад-Рейхенхалле), Колумбийский университет, Фордхемский университет, Городской университет Нью-Йорка, Университет Лассаля, Принстонский университет, Университет Сиэтла, Калифорнийский университет Беркли, Университет Ла Сапиенца, Гейдельбергский и Магдебургский университеты (Германия), Лондонский и Эдинбургский университеты (Великобритания), университет Хельсинки (Финляндия), Стокгольмский университет (Швеция), университет

Дублина (Ирландия), университет Рейкьявика (Исландия), Католический университет Чили (Чили).

Иностранные учебные заведения выражают свою заинтересованность в контактах с СПбУУиЭ, приглашая представителей Университета на международные конференции и семинары. В частности, по приглашению Торгово-промышленной палаты Баварии (ФРГ) состоялась деловая поездка в Мюнхен. В ходе визита обсудили вопросы развития сотрудничества с учебными заведениями федеральной земли Бавария — Университетом Мюнхена и Стейгенбергерской академией (Бад-Рейхенхалле), входящей в Университет прикладных наук Бонна.

Обширные и авторитетные зарубежные связи Университета дают возможность его студентам получить образование по международным стандартам. Вуз расширяет контакты не только с вузами стран, подписавших Болонскую декларацию, но и с другими образовательными системами развитых государств, в том числе США. Зарубежные ученые, многие из которых являются почетными профессорами СПбУУиЭ, читают в Университете открытые лекции и проводят семинары для студентов и преподавателей.