國內(nèi)外防冰劑應(yīng)用介紹

王 燁，王 立

(空軍勤務(wù)學(xué)院， 江蘇 徐州 221000)

國內(nèi)外防冰劑應(yīng)用介紹

王 燁，王 立

(空軍勤務(wù)學(xué)院， 江蘇 徐州 221000)

文章介紹了防冰添加劑的研究歷程、作用機(jī)理，總結(jié)了國內(nèi)外防冰劑的使用現(xiàn)狀。最后，指出當(dāng)前國內(nèi)外防冰劑使用中存在的問題，提出下一步國內(nèi)應(yīng)開展對防冰劑的系統(tǒng)研究工作。

防冰添加劑 ；研究歷程；使用現(xiàn)狀

噴氣燃料在存儲、運(yùn)輸、加注等過程中會從空氣中不斷吸入水分，這些吸入的水分按物理狀態(tài)可分為溶解水和游離水，二者隨外部條件可以互相轉(zhuǎn)化。游離水可經(jīng)各種過濾分離器過濾處理，將其含量降至最低，而溶解水則難以處理，其實際含量取決于物理組成、外界溫度、濕度和壓力的變化量及其變化速率[1]。飛機(jī)在高空長期飛行時，由于外界環(huán)境溫度較低，噴氣燃料溫度會逐漸降低，促使噴氣燃料中的溶解水不斷析出，轉(zhuǎn)化為游離水，這些游離水在一定條件下會變成絮狀不溶物或冰結(jié)晶，聚集在飛機(jī)燃油系統(tǒng)的油濾和針閥等部件附近，嚴(yán)重時會堵塞這些關(guān)鍵部件。當(dāng)前，世界各國防止噴氣燃料中出現(xiàn)冰結(jié)晶的一般途徑是加入防冰劑。

1 研究歷程

對噴氣燃料來說，水的污染是個不容忽視的問題。液態(tài)水能使發(fā)動機(jī)短時間熄火，固態(tài)水能堵塞燃油系統(tǒng)的過濾器和管道，最終使燃料無法流向發(fā)動機(jī)。在20世紀(jì)40年代和50年代，人們曾懷疑燃料中的游離水是造成飛行事故和故障的原因之一。1958年美國空軍一架B-52型轟炸機(jī)墜毀，才揭示了水污染的嚴(yán)重性：事后檢查發(fā)現(xiàn)，墜毀飛機(jī)的油箱內(nèi)側(cè)有冰層，就是這些冰晶使8個發(fā)動機(jī)中的5個得不到燃料供應(yīng)，最后使飛機(jī)墜毀。以這次事故為契機(jī)，美國空軍開始了大量的研究和研制工作，其中之一就是研制燃料系統(tǒng)防冰添加劑。

1962年美國空軍采用了菲利普石油公司研制的專利防冰添加劑PFA55MB，其成分為87.3%乙二醇甲醚(EGME)與12.7%是丙三醇，并以此制定了相應(yīng)的軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-I-27686。乙二醇甲醚的添加比例為0.1%～0.15%(V/V)。隨后空軍和海軍經(jīng)過了多次外場試驗，試驗表明，丙三醇在燃料中并不完全溶解。為此，在1962年9月和1963年8月先后在軍標(biāo)中把丙三醇的含量降至2.6%和0.4%，1970年3月在防冰劑的配方中完全取消了丙三醇。

美國海軍的JP-5直到1984年才采用符合軍標(biāo)MIL-I-27686的乙二醇甲醚。乙二醇甲醚的閃點比JP-5低得多，降低了JP-5的使用性能。1984年，海軍研制了一種新的防冰添加劑二乙二醇甲醚(DiEGME)以提高閃點，并制定了相應(yīng)的軍標(biāo)MIL-I-85740，添加比例為0.15%～0.2%(體積分?jǐn)?shù))[2]。

俄羅斯(前蘇聯(lián))是使用防冰劑最早的國家，在1956年就開始正式使用乙二醇乙醚(乙基溶纖劑)作為防冰劑，目前，俄羅斯噴氣燃料中使用的防冰劑共有4種，即乙二醇乙醚、四氫糠醇、乙二醇乙醚-甲醇和四氫糠醇-甲醚。

2 作用機(jī)理

防冰添加劑的作用主要有以下兩個方面。

2.1 增大燃料對水的溶解度

燃料中加有防冰劑后，增大了燃料對水的溶解度，使燃料對水的溶解性由可逆過程變?yōu)椴豢赡孢^程，防止水分析出。這就是說，未加防冰劑時，當(dāng)溫度升高或空氣中濕度加大，燃料中溶解的水分便增多，反之則減少；但加入防冰劑后，防冰劑可以增加對水的溶解度，當(dāng)溫度降低時水分不致因過飽和而析出；濕度減少時，燃料中的水分也不會向空氣中蒸發(fā)，這是因為防冰劑的羥基具有良好的親水性，它能與燃料中的微量水分子形成氫鍵締合，由于氫鍵生成的緣故，添加劑的每一個分子能夠?qū)⒅辽偎膫€水分子組成的締合物保持在溶液中，使燃料中水的溶解度上升[3]。

2.1 降低燃料中微量水的冰點

噴氣燃料中加入防冰添加劑后，在溫度驟變時，水分即使析出，也是呈比例不定的防冰劑與水的混合液，即"液珠"析出，并沉降與容器的底部，而不至于結(jié)冰[4]。

3 使用現(xiàn)狀

3.1 國外使用現(xiàn)狀

目前，世界各國普遍使用的防冰劑都是醚類化合物。其中，以美國為代表的北約國家使用二乙二醇甲醚(DiEGME)作為防冰劑，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為MIL-DTL-85470，北約代號為S-1745。美國噴氣燃料分為軍用與民用，對其要求分別以不同的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定之。軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-DTL-83133、MIL-DTL-5624和MIL-DTL-38219分別規(guī)定JP-8、JP-8+100、JP-4、JP-5、JP-7的防冰劑加入量均為0.10%～0.15%(體積)，且為強(qiáng)制性要求，加入地點由用戶和供應(yīng)商協(xié)商確定。而民用標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 1655-11、ASTM D 6615-10規(guī)定Jet A/A-1/Jet B燃料是否需要加入防冰劑由用戶和供應(yīng)商協(xié)議確定。美國空軍技術(shù)手冊(USAF T.O.42B-1-1)規(guī)定噴氣燃料防冰劑添加量不能低于0.07%，海軍技術(shù)文件(NAVAIR00-80T-109)規(guī)定防冰劑添加量不能低于0.03%，但這種規(guī)定只針對特定機(jī)型。對于不跨區(qū)域遠(yuǎn)程長時飛行的海軍陸戰(zhàn)隊的飛機(jī)，不強(qiáng)制要求使用加有防冰劑的噴氣燃料。海軍技術(shù)文件同時建議應(yīng)盡量使用防冰劑，因為其還有殺菌作用?？傊?，美國軍用飛機(jī)在正常飛行時，必須使用加有防冰劑的噴氣燃料，而民用飛機(jī)一般使用不加防冰劑的噴氣燃料。有時軍用飛機(jī)在特殊情況下也可臨時使用不加防冰劑的民用噴氣燃料，但這不應(yīng)被誤解成美國空軍對使用防冰劑可不作要求。美國空軍在加注防冰劑時，一般采用在線(In-Line)加注系統(tǒng)進(jìn)行加注。

另外，以俄羅斯為代表的前東歐部分國家使用乙二醇乙醚作為防冰劑。俄羅斯噴氣燃料不分軍用和民用，在ΓΟСТ 10226-86標(biāo)準(zhǔn)的注釋中表面可按規(guī)定程序加入改善燃料性能的添加劑，可理解為對防冰劑的要求是協(xié)議性的。為了與國際接軌，參照J(rèn)et A-1標(biāo)準(zhǔn)制定了ΓΟСТ 52050-2006標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對防冰劑未做要求。但根據(jù)研究表面，俄軍對防冰劑的使用要求，取決于飛機(jī)型號、機(jī)場環(huán)境溫度、飛行性質(zhì)和飛行時間。一般在起飛機(jī)場的環(huán)境溫度不高于5℃時，要求飛機(jī)使用加有防冰劑的噴氣燃料。此外，俄羅斯的АЛ-31Φ航空發(fā)動機(jī)技術(shù)手冊也規(guī)定，當(dāng)周圍大氣溫度在零度以下時，必須往噴氣燃料中加入防冰劑乙二醇乙醚，當(dāng)溫度為-20℃以上時加入量為0.1%(重量)，當(dāng)溫度等于或低于-20℃時加入量為0.2%(重量)。俄軍防冰劑的加注方式為在儲油罐或加油車中直接加入計量比例的防冰劑(簡稱一步法)，或者預(yù)先配制成母液濃度不超過5%的濃縮液后將其稀釋(簡稱兩步法)。

3.2 國內(nèi)使用現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國現(xiàn)有的防冰劑保障按有關(guān)文件執(zhí)行。文件規(guī)定，我軍使用乙二醇甲醚作為防冰劑，產(chǎn)品代號為T1301，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)為SH0396-92，根據(jù)我國現(xiàn)行的噴氣燃料使用標(biāo)準(zhǔn)GB6537-2006，防冰劑加入量應(yīng)按體積比例控制在0.10至0.15%之間[5]。同時，該使用規(guī)定只要求華北、東北和西北的空軍部隊在11月至次年2月根據(jù)本區(qū)情況，選擇使用防冰劑，也就是"定時定點"加入防冰劑。

關(guān)于防冰劑的加注，國內(nèi)有以下3種典型的添加方法[6]：

①選用防冰劑加注裝置或比例泵。當(dāng)向使用罐倒油時，將加注裝置連接到進(jìn)油管線，借助計量裝置或比例泵將防冰劑加入到燃料流中，使防冰劑與噴氣燃料充分混合，有效控制添加的防冰劑總量。

②根據(jù)油罐中的油量，提前算好需要添加的防冰劑的量。將使用罐中的噴氣燃料不斷打循環(huán)，防冰劑從油泵吸入口緩緩注入，使用罐中的噴氣燃料和防冰劑充分混合。

③將預(yù)先算好量的防冰劑注入到加油車中，進(jìn)行預(yù)混，添加后應(yīng)打循環(huán)30分鐘，再將油車中的預(yù)混燃料加入使用罐，不斷打循環(huán)直至充分混合。油罐車中的預(yù)混濃度不超過10%。

4 存在問題

4.1 國內(nèi)使用乙二醇甲醚存在的問題

國內(nèi)噴氣燃料中使用的防冰劑為乙二醇甲醚，也是美國最早使用防冰劑的主要成分。乙二醇甲醚閃點較低，大約只有38℃，即使少量加入到高閃點噴氣燃料中，也會降低燃料的閃點。國內(nèi)相關(guān)研究人員的實驗結(jié)果表面，在5號高閃點噴氣燃料中加入濃度為0.15%的乙二醇甲醚后，其閃點將會下降2～3℃[7]，降低了高閃點噴氣燃料的使用性能，在一定程度上給艦載機(jī)的飛行安全帶來了隱患。另外，與國外使用的二乙二醇甲醚、乙二醇乙醚防冰劑相比，乙二醇甲醚防冰劑毒性相對較大[8]，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存包括使用的過程中，均有可能會對保障人員的健康造成損害。

另外，我國現(xiàn)行的噴氣燃料使用規(guī)定并未對添加防冰劑作出強(qiáng)制性要求，因而不管是民用還是軍用噴氣燃料，在實際使用過程中很少會加注防冰添加劑。反觀國外，英美等國明確規(guī)定軍用噴氣燃料中必須加入一定體積量的防冰劑。俄羅斯的АЛ-31Φ航空發(fā)動機(jī)技術(shù)手冊也規(guī)定，當(dāng)周圍大氣溫度在零度以下時，必須往噴氣燃料中加入防冰劑乙二醇乙醚。然而，即使當(dāng)前我軍已經(jīng)引進(jìn)了俄制航空發(fā)動機(jī)，在其所用噴氣燃料如何使用防冰劑方面，也未按該型發(fā)動機(jī)技術(shù)手冊的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

4.2 國外使用二乙二醇甲醚作為防冰劑存在的問題

北約國家使用二乙二醇甲醚作為防冰劑。在使用過程中發(fā)現(xiàn)油箱內(nèi)涂層有剝落現(xiàn)象，剝落的涂層碎屑對燃料會造成污染，可能堵塞濾油器，存在一定的安全隱患。研究認(rèn)為，油箱內(nèi)部涂層剝落是因為二乙二醇甲醚防冰劑的蒸汽壓較高，在揮發(fā)的蒸汽中含量較高，冷凝后吸附在燃油液面以上的油箱壁表面，形成濃度較高的二乙二醇甲醚液滴，使油箱內(nèi)壁的涂層產(chǎn)生溶脹并引起涂層剝落，從而對燃料造成污染。因此，目前美軍正在研究新的防冰劑來代替二乙二醇甲醚[9]。

5 結(jié)束語

在噴氣燃料中添加防冰劑可以增大燃料中水的溶解度、降低水的冰點，起到非常好的防冰效果。當(dāng)前，國內(nèi)關(guān)于防冰劑的研究很少，只是簡單地借鑒俄羅斯或美國的經(jīng)驗，所以關(guān)于防冰劑的研究還需要進(jìn)行大量而系統(tǒng)的工作，包括防冰劑的產(chǎn)品研發(fā)、防冰劑對噴氣燃料其它性能的影響以及防冰劑在噴氣燃料中加注量的確定。

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[5] 顧鵬翔,劉邦明.噴氣燃料防冰劑的研究進(jìn)展 [J].油料應(yīng)用,2005(5):42-44.

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[8] 劉多強(qiáng),曲濤,趙升紅.中美俄防冰劑性能對比研究(Ⅱ)-毒性對比,[J].化工時刊,2014,28(10):6-8.

[9] Matthew J.DeWitt,Steven Zabarnick.Determination of minimum required FSII use and procurement limits for USAF aircraft[J].Fuels and Energy,2009,(10):18-22.

SummaryoftheDomesticandOverseasApplicationofFuelSystemIcingInhibitor

WangYe，WangLi

(Air Force Logistics College, Xuzhou 221000，China)

In this article, the development and function of FSII is introduced, followed by the summary of the domestic and overseas application. Also, some problems which occur in the domestic application are pointed out and a new employment mode should be established.

FSII; development; application

2017-09-22

王 燁(1994—)，江蘇興化人，碩士研究生，從事航空油料應(yīng)用研究；通訊作者：王 立(1961—)，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事航空油料技術(shù)保障。

TE626.23

A

1008-021X(2017)22-0080-02

(本文文獻(xiàn)格式：王燁，王立.國內(nèi)外防冰劑應(yīng)用介紹[J].山東化工，2017，46(22)：80-81.)