噴氣燃料中溶解水含量變化規(guī)律研究

吳 楠，胡建強(qiáng)，楊士釗

(空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

噴氣燃料中溶解水含量變化規(guī)律研究

吳 楠，胡建強(qiáng)，楊士釗

(空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000)

水含量是噴氣燃料質(zhì)量檢測(cè)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。針對(duì)環(huán)境溫度、濕度、儲(chǔ)存時(shí)間、防冰劑含量等因素對(duì)噴氣燃料中溶解水含量的影響，采用微量水分測(cè)定儀研究了不同條件下噴氣燃料中溶解水含量的變化規(guī)律，確立了變化規(guī)律模型，建立了溶解水含量數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步準(zhǔn)確、高效測(cè)定噴氣燃料中的水含量提供了參考依據(jù)。

噴氣燃料 溶解水 微量水分測(cè)定儀

噴氣燃料屬于輕質(zhì)石油產(chǎn)品，由多種烴類和芳香烴類物質(zhì)組成，具有一定的吸水性，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注和使用過程中，不可避免地會(huì)混入水分。水在噴氣燃料中以兩種狀態(tài)存在：溶解水和游離水。噴氣燃料中的溶解水是不可避免的，燃料中的溶解水含量(或水溶解度)是指在一定溫度、壓力和濕度下，燃料與水處于平衡時(shí)的飽和水含量。溶解水是一種自然現(xiàn)象，很難完全除去。而水分的溶解是可逆的，當(dāng)燃料溫度升高或大氣壓、濕度增大時(shí)，水在燃料中的溶解度增大，燃料中的溶解水相應(yīng)增多[1]；反之，水在燃料中的溶解度減小，燃料中的水超過飽和極限就會(huì)從中析出，或從表面逸出，當(dāng)析出的水呈細(xì)小的水滴狀態(tài)時(shí)，燃料便出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。

噴氣燃料中水含量超標(biāo)直接影響油品使用質(zhì)量和飛行設(shè)施設(shè)備的正常工作，嚴(yán)重時(shí)甚至危及飛行安全[2]。本課題通過跟蹤研究環(huán)境溫度、濕度、儲(chǔ)存時(shí)間和防冰劑含量對(duì)噴氣燃料中溶解水含量的影響，確定不同條件下噴氣燃料中溶解水含量的變化規(guī)律，建立變化規(guī)律模型和溶解水含量數(shù)據(jù)庫(kù)，有利于快速、高效測(cè)定不同條件下噴氣燃料中的溶解水含量，為進(jìn)一步準(zhǔn)確評(píng)估油品使用質(zhì)量提供有效的參考依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

微量水分測(cè)定儀，山東中惠儀器有限公司產(chǎn)品；微量注射器(0.5 μL和1 000 μL)，上海安亭微量進(jìn)樣器廠產(chǎn)品。

卡爾費(fèi)休試劑，山東中惠儀器有限公司產(chǎn)品；3號(hào)噴氣燃料，市售，滿足GB 6537—1994《3號(hào)噴氣燃料》指標(biāo)要求。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

卡爾費(fèi)休試劑由碘、二氧化硫、醇類和有機(jī)堿組成[3]。當(dāng)有水存在時(shí)，碘被二氧化硫還原，在吡啶和甲醇存在的情況下，生成氫碘酸吡啶和甲基硫酸氫吡啶。其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

C5H5N·SO3

當(dāng)儀器電解池中的卡爾費(fèi)休試劑達(dá)到平衡時(shí)注入含水的噴氣燃料樣品，用電解產(chǎn)生的碘來進(jìn)行水分滴定，消耗了的碘在陽極電解產(chǎn)生，從而使氧化還原反應(yīng)不斷進(jìn)行，直至水分全部耗盡為止。根據(jù)法拉第電解定律，電解產(chǎn)生碘是同電解時(shí)耗用的電量成正比例關(guān)系的，通過計(jì)算電解消耗的電量可得出電解所產(chǎn)生碘的量，而碘與水按照等摩爾量進(jìn)行反應(yīng)，由此可計(jì)算出水含量。

在電解過程中，電極反應(yīng)如下：

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

預(yù)滴定：?jiǎn)?dòng)水分滴定儀，依次按下“攪拌”和“開始”功能鍵，顯示器顯示數(shù)值，待讀數(shù)穩(wěn)定(漂移值小于0.5 μg/s)時(shí)，預(yù)滴定結(jié)束。

水分標(biāo)定：取一定量的標(biāo)準(zhǔn)水(通常取與待測(cè)油品最大溶解水含量相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)水，本試驗(yàn)取0.1 μL)注入微量水分測(cè)定儀，待漂移值小于0.5 μg/s時(shí)，記錄顯示器讀數(shù)。平行試驗(yàn)3次，取平均值。若測(cè)量值與本底值相比誤差小于5%，說明儀器性能穩(wěn)定，可以開始測(cè)量。

樣品檢測(cè)：用1 000 μL微量注射器抽取1 000 μL樣品，注入微量水分測(cè)定儀，待漂移值小于0.5 μg/s時(shí)，記錄顯示器讀數(shù)。平行試驗(yàn)3次，取平均值，即為待測(cè)樣品的水含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)境溫度對(duì)噴氣燃料中溶解水含量的影響

圖1為環(huán)境溫度對(duì)噴氣燃料中溶解水含量的影響。為排除空氣濕度對(duì)油品中水含量的影響，提前對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，模擬外界環(huán)境大氣濕度(100%)，使樣品中溶解水含量達(dá)到最大飽和度。實(shí)驗(yàn)前對(duì)待測(cè)油樣進(jìn)行預(yù)處理，將噴氣燃料與標(biāo)準(zhǔn)水按照體積比1∶1混合，振蕩混勻，靜置48 h以上。從圖1可以看出，在常溫(1～34 ℃)下，3號(hào)噴氣燃料中溶解水含量從45 mg/L升高至92 mg/L，水含量隨環(huán)境溫度升高呈指數(shù)增長(zhǎng)，變化趨勢(shì)穩(wěn)定。

圖1 噴氣燃料中溶解水含量隨環(huán)境溫度的變化

根據(jù)噴氣燃料中水含量隨環(huán)境溫度變化的計(jì)算模型，建立不同環(huán)境溫度下3號(hào)噴氣燃料中溶解水含量數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)果如表1所示。

2.2 環(huán)境濕度對(duì)噴氣燃料中溶解水含量的影響

表1 不同環(huán)境溫度下3號(hào)噴氣燃料中溶解水含量

注： 表中數(shù)據(jù)為不同環(huán)境溫度下3號(hào)噴氣燃料中最大飽和溶解水含量(濕度為100%)的理論計(jì)算值。

微量水分測(cè)定儀檢測(cè)靈敏度高，對(duì)水十分敏感，在對(duì)樣品進(jìn)行水含量檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)環(huán)境濕度對(duì)測(cè)定結(jié)果有一定的影響。控制環(huán)境溫度在24～26 ℃，測(cè)定不同環(huán)境濕度下，噴氣燃料中的水含量，結(jié)果見圖2。從圖2可以看出，隨環(huán)境濕度增大，3號(hào)噴氣燃料中溶解水含量從7 mg/L升至76 mg/L，呈線性增長(zhǎng)。水含量(mg/L)隨環(huán)境濕度H(%)的變化關(guān)系式為：Y=-0.17+0.77H。對(duì)比25 ℃時(shí)噴氣燃料中最大飽和溶解水含量(76 mg/L)數(shù)據(jù)，可以近似看作3號(hào)噴氣燃料中水的溶解度g與相同溫度、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下最大水溶解度g0成正比關(guān)系，即g=g0H。

圖2 3號(hào)噴氣燃料中溶解水含量隨環(huán)境濕度的變化

2.3 儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)噴氣燃料中溶解水含量的影響

在環(huán)境溫度20 ℃、環(huán)境濕度58%的條件下，測(cè)定不同儲(chǔ)存時(shí)間下3號(hào)噴氣燃料中的溶解水含量，結(jié)果見表2。從表2可以看出，儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)噴氣燃料中水含量的影響不大。這可能是由于3號(hào)噴氣燃料的主要組分為輕質(zhì)烴類，本身的水溶解度較低，因此儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)其溶解水含量影響不大。

表2 儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)3號(hào)噴氣燃料水含量的影響

2.4 防冰添加劑含量對(duì)噴氣燃料中溶解水含量的影響

在環(huán)境溫度13 ℃、環(huán)境濕度24%時(shí)，測(cè)定防冰添加劑含量不同時(shí)3號(hào)噴氣燃料中的溶解水含量，結(jié)果見圖3。從圖3可以看出：當(dāng)噴氣燃料中防冰劑含量較低(質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.15%)時(shí)，添加防冰劑不會(huì)對(duì)噴氣燃料中水分的溶解產(chǎn)生較大的影響，噴氣燃料中溶解水含量為12～13 mg/L；當(dāng)噴氣燃料中防冰劑含量較高(質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.15%)時(shí)，燃料中溶解水的含量會(huì)隨著防冰劑加入量的增大而增大，例如當(dāng)防冰劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，噴氣燃料中溶解水含量為16 mg/L，當(dāng)防冰劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，噴氣燃料中溶解水含量明顯升高，達(dá)到24 mg/L。考慮到3號(hào)噴氣燃料中防冰劑含量通常為0.10%～0.15%，因此添加防冰劑不會(huì)對(duì)燃料中溶解水的含量產(chǎn)生明顯影響。

圖3 防冰劑含量不同時(shí)3號(hào)噴氣燃料中溶解水含量的變化

3 結(jié) 論

(1) 噴氣燃料中溶解水含量隨環(huán)境溫度和濕度的升高而升高，且變化規(guī)律可循。通過考察環(huán)境溫度對(duì)噴氣燃料中溶解水含量的影響，總結(jié)歸納出噴氣燃料中溶解水含量數(shù)據(jù)庫(kù)，再根據(jù)溶解水含量隨環(huán)境濕度變化關(guān)系式g=g0H，可確定任意溫度和濕度時(shí)噴氣燃料中的溶解水含量。

(2) 儲(chǔ)存時(shí)間不會(huì)對(duì)噴氣燃料中的溶解水含量產(chǎn)生顯著影響，只要儲(chǔ)存方式得當(dāng)，密封狀態(tài)良好，燃料中的溶解水含量不會(huì)產(chǎn)生顯著變化。而當(dāng)防冰添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.15%時(shí)，也不會(huì)對(duì)噴氣燃料中的水含量產(chǎn)生明顯影響。

[1] Joseph K L，Mark D C，Colleen A W，et al.Water solubility characteristics of current aviation jet fuels[J].Fuel，2014，133：26-33

[2] 易方，薛水發(fā)，郭冬磊.噴氣燃料污染控制技術(shù)現(xiàn)狀分析及發(fā)展研究[J].軍用航油，2014(4)：52-53

[3] 張丙伍，金理力，彭立，等.微量水對(duì)冷凍后PAO性能的影響[J].石油煉制與化工，2014，45(5)：91-93

STUDY ON CHANGE RULE OF DISSOLVED WATER CONTENT IN JET FUELS

Wu Nan， Hu Jianqiang， Yang Shizhao

(AirForceLogisticsCollege，Xuzhou，Jiangsu221000)

Moisture content is an important performance index of the jet fuel quality inspection. Considering the effect of environmental temperature， humidity， storage time and anti-icing agent concentration on dissolved water content in jet fuel， this project determined the change rule of the dissolved water content under different conditions using trace moisture analyzer. The change rule model and the database of the dissolved water were established. It provides an effective reference for accurate and efficient determination of jet fuel moisture content.

jet fuels； dissolved water； trace moisture analyzer

2015-01-26； 修改稿收到日期： 2015-04-12。

吳楠，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)楹娇沼土蠎?yīng)用。

吳楠，wunan_china@163.com。