噴氣燃料中污染物分析方法現(xiàn)狀及有關(guān)建議

張波 李若愚 趙國(guó)旗

中國(guó)石油化工股份有限公司北京燕山分公司質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心

本文介紹了國(guó)外/國(guó)內(nèi)噴氣燃料污染物分析方法現(xiàn)狀，并從產(chǎn)品質(zhì)量控制角度對(duì)我國(guó)噴氣燃料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提出了相關(guān)建議。

噴氣燃料是航空蒸汽渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的專用燃料[1]，在貯存、運(yùn)輸及使用過(guò)程中，由于管理或操作不當(dāng)，很容易受到外部環(huán)境的污染。引起噴氣燃料污染的主要污染物有水分、固體雜質(zhì)（顆粒污染物）、表面活性物質(zhì)及微生物等雜質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，飛行事故中的33%是由發(fā)動(dòng)機(jī)故障引起的，而這些故障中的50%是由燃料中的顆粒等污染物引起的，11%左右是因燃料中的水分結(jié)冰造成的[2]。

顆粒污染物不僅會(huì)堵塞過(guò)濾器，還會(huì)導(dǎo)致油泵、閥門和其他潤(rùn)滑部件的非正常磨損，造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)早失效。因?yàn)橛捅檬潜容^精密的儀器，柱塞與柱塞孔的裝配間隙為0.015～0.022 mm，燃料分配器油針與襯套的間隙僅0.005～0.01 mm，噴氣燃料中的顆粒污染物足以使這些間隙很小的零件卡死或劃傷[3]。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或爆炸，造成機(jī)毀人亡的惡性事故[2]。每升噴氣燃料中含1 mg的10～80 μm大小的固體雜質(zhì)時(shí)，就會(huì)引起燃油系統(tǒng)故障，每升噴氣燃料中含3 mg的10μ m以下的固體雜質(zhì)時(shí)，則有發(fā)生故障的可能，國(guó)際航運(yùn)協(xié)會(huì)和美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定噴氣燃料的固體顆粒污染物含量不大于1 mg/L[4]，并且相應(yīng)有膜片評(píng)級(jí)要求。顆粒污染物主要來(lái)源于噴氣燃料在貯存、運(yùn)輸、加工過(guò)程中接觸到的輸油管道、貯油罐的鐵銹、抹布的纖維、泵及閥門產(chǎn)生的金屬末、通過(guò)呼吸閥進(jìn)入的灰塵等[2]。

噴氣燃料中如果有水分存在，在分析自動(dòng)冰點(diǎn)時(shí)，會(huì)在冰點(diǎn)到比冰點(diǎn)高出20～30 ℃的范圍內(nèi)出現(xiàn)拖尾，導(dǎo)致冰點(diǎn)不合格，而且也可以在外觀項(xiàng)目中輔助判斷，因此在本文中不予討論。

本文主要介紹國(guó)內(nèi)外噴氣燃料污染物分析方法的現(xiàn)狀，針對(duì)部分石化企業(yè)存在的噴氣燃料污染物指標(biāo)不合格問(wèn)題[5～8]，從產(chǎn)品質(zhì)量控制角度對(duì)我國(guó)噴氣燃料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提出建議。

表1 噴氣燃料顆粒污染物測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)外噴氣燃料污染物分析方法現(xiàn)狀

2009年6月以前，國(guó)外對(duì)噴氣燃料污染物測(cè)定普遍采用目測(cè)法（外觀）以及傳統(tǒng)的膜過(guò)濾稱重法。這些方法的詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

外觀是判斷污染的一項(xiàng)指標(biāo)，并在整個(gè)配送系統(tǒng)中一直是對(duì)燃油的一項(xiàng)重要要求。但是，對(duì)外觀的解釋可能會(huì)因視覺(jué)評(píng)估的主觀性質(zhì)而引起問(wèn)題。在使用膜過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)試時(shí)，只能給出顆粒污染物的總重量，而不能分析出不同粒徑顆粒污染物的分布情況。實(shí)際上，不同粒徑的機(jī)械雜質(zhì)對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的磨損危害是不同的[4]。

近些年英國(guó)出臺(tái)了測(cè)量噴氣燃料顆粒計(jì)數(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)，具體見(jiàn)表2。

美國(guó)航空航天工業(yè)聯(lián)合會(huì)在20世紀(jì)60年代制定了表征油液固體顆粒污染程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)NAS 1638。該標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)定油液中污染顆粒的數(shù)量和粒徑分段，將污染顆粒分為5～15 μm、15～ 25 μm、25～ 50 μm、50～100 μm、＞100 μm 共 5段粒徑分布，客觀地反映了工程用油液固體顆粒污染狀態(tài)的分布規(guī)律，用來(lái)分析、指導(dǎo)油料管理和使用，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性，并且成為這一學(xué)科發(fā)展的指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)80年代，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布了ISO 4406標(biāo)準(zhǔn)《液壓傳動(dòng) 油液 固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)法》）。ISO 4406標(biāo)準(zhǔn)和NAS 1638標(biāo)準(zhǔn)《油品潔凈度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》在國(guó)際上使用較為廣泛。近年來(lái)， 各國(guó)都采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4406標(biāo)準(zhǔn)，且ISO 4406正在取代NAS 1638[9]。美國(guó)航空航天工業(yè)聯(lián)合會(huì)也意識(shí)到NAS 1638標(biāo)準(zhǔn)在使用中存在一些缺點(diǎn)，并進(jìn)行了改進(jìn)，現(xiàn)已修訂為SAE AS 4509。目前，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了粒徑分段的基本統(tǒng)一：ISO 4406將污染顆粒分為≥ 4 μm 、≥ 6 μm、≥14 μm、≥21 μm、≥ 38 μm、≥70 μm 共 6段 粒徑分布，而SAE AS 4509與ISO 4406的粒徑分布范圍相同，但不包括等于，此外SAE AS 4509同時(shí)保留 了 ＞1 μm、＞5 μm、＞15 μm、＞25 μm、＞50 μm、＞100 μm 的劃分。目前這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都被用于潤(rùn)滑油顆粒污染物的分析。

表2 測(cè)量噴氣燃料顆粒計(jì)數(shù)的新標(biāo)準(zhǔn)

另外，俄羅斯制定了ΓOCT 17216—2001《工作液污染度（工業(yè)純度）分級(jí)》，在當(dāng)今俄羅斯航天、航空工業(yè)中，此標(biāo)準(zhǔn)不僅作為潤(rùn)滑油和液壓油的檢控依據(jù)，同時(shí)也沿用于液體燃料、強(qiáng)溶性液體和溶劑等。

2008年4月，英國(guó)國(guó)防部噴氣燃料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)Def Stan91-91 Issue 6 發(fā)布，在此標(biāo)準(zhǔn)中，新增加了對(duì)噴氣燃料顆粒污染的要求和分析方法標(biāo)準(zhǔn)（IP564、IP565），并將顆粒污染物分為≥4 μm、≥6 μm、≥14 μm、≥21 μm、≥25 μm、≥30 μm 共6種粒徑范圍，通常將此方法稱為顆粒計(jì)數(shù)法。該方法于2009年6月30日生效。Def Stan91-91 Issue 7中規(guī)定噴氣燃料顆粒污染分析采用IP564、IP565或IP577標(biāo)準(zhǔn)。

國(guó)內(nèi)噴氣燃料污染物分析方法現(xiàn)狀

我國(guó)3號(hào)噴氣燃料現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB 6537—2006規(guī)定，采用目測(cè)無(wú)固體物質(zhì)（即可視外觀方法）和SH/T 0093－1991《噴氣燃料固體顆粒污染物測(cè)定法》分析噴氣燃料顆粒污染物。SH/T 0093—1991參照采用美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)ASTM D2276—88《航空渦輪燃料顆粒污染物測(cè)定法》和美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MILT-5624N附 錄A《 測(cè) 定JP-4、JP-5過(guò)濾時(shí)間和顆?？偭糠ā?。

我國(guó)20世紀(jì)80年代新一代戰(zhàn)機(jī)的研制過(guò)程中，設(shè)立了液壓系統(tǒng)的污染監(jiān)測(cè)和控制項(xiàng)目，等效沿用NAS 1638標(biāo)準(zhǔn)，制訂了GJB 420—87《飛機(jī)液壓系統(tǒng)用油液固體污染度分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)90年代，美國(guó)航空航天工業(yè)聯(lián)合會(huì)增加了油料污染分級(jí)中2 μm固體顆粒污染物的檢測(cè)。為同國(guó)際先進(jìn)技術(shù)接軌，由國(guó)防科學(xué)技術(shù)委員會(huì)于1996年10月3日發(fā)布了GJB 420A—96標(biāo)準(zhǔn)，代替GJB 420—87標(biāo)準(zhǔn)。2006年，GJB 420標(biāo)準(zhǔn)又根據(jù)SAE AS 4509D—2001進(jìn)行了修訂，升級(jí)為GJB 420B—2006 《航空工作液固體污染度分級(jí)》。

2002年，我國(guó)修改采用ISO 4406—1999，制定了GB/T 14039—2002《液壓傳動(dòng) 油液固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)》。

近年來(lái)，我國(guó)噴氣燃料出口供貨任務(wù)增多，主要是由中國(guó)石化承擔(dān)的。中國(guó)石化每個(gè)月出口的噴氣燃料中，絕大部分供應(yīng)香港、澳門和越南市場(chǎng)[5]。為了滿足出口噴氣燃料的分析需要，我國(guó)于2012年和2013年出臺(tái)了2個(gè)噴氣燃料顆粒計(jì)數(shù)分析的新標(biāo)準(zhǔn)，即中華人民共和國(guó)海南出入境檢驗(yàn)檢疫局起草的SN/T 3230—2012《航空渦輪燃料潔凈度的測(cè)定 便攜式自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器法》（修改采用IP 565—09）和中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院起草的NB/SH/T 0868—2013 《噴氣燃料潔凈度的測(cè)定 便攜式自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器法》（修改采用IP 565—10）。

2005年2月1日，國(guó)家航空油料鑒定委員會(huì)秘書(shū)組在北京召開(kāi)了會(huì)議，會(huì)議就噴氣燃料中懸浮物（噴氣燃料中懸浮物主要是指油品中細(xì)小懸浮在油品中的顆粒和纖維等）的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了認(rèn)真的討論，達(dá)成了一致意見(jiàn)，即對(duì)于噴氣燃料外觀有懸浮物判定結(jié)果存在爭(zhēng)議時(shí)，增加顆粒數(shù)量檢測(cè)，要求NAS 1638評(píng)級(jí)不超過(guò)7級(jí)。由此可見(jiàn)，對(duì)于噴氣燃料顆粒污染物采用顆粒計(jì)數(shù)法進(jìn)行評(píng)級(jí)分析是大勢(shì)所趨。但目前我國(guó)噴氣燃料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中尚未引入《噴氣燃料潔凈度的測(cè)定 便攜式自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器法》，也沒(méi)有制定相應(yīng)的指標(biāo)。

對(duì)噴氣燃料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)制修訂的建議

引入顆粒計(jì)數(shù)分析標(biāo)準(zhǔn)

膜過(guò)濾稱重法（SH/T 0093）已不能滿足分析要求，對(duì)噴氣燃料顆粒污染物進(jìn)行計(jì)數(shù)評(píng)級(jí)分析是十分必要的。建議將NB/SH/T 0868—2013盡快引入3號(hào)噴氣燃料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB 6537中。

確定顆粒計(jì)數(shù)指標(biāo)

鑒于目前還沒(méi)有我國(guó)3號(hào)噴氣燃料顆粒計(jì)數(shù)的分析數(shù)據(jù)，可在前期不制定判級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，待獲得足夠的分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后，根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況再規(guī)定判級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

在生產(chǎn)廠，油樣從裝置進(jìn)入油罐，從油罐出來(lái)到裝火車前或進(jìn)入管線前，均要經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾；但在使用單位卸車，進(jìn)入貯藏容器、裝入加油車等環(huán)節(jié)，仍然不可避免地會(huì)引入雜質(zhì)，因此使用單位通常在貯藏容器后加裝過(guò)濾器，以保證顆粒污染物可以被過(guò)濾掉。因此，將來(lái)在擬定固體顆粒計(jì)數(shù)指標(biāo)時(shí)，建議將噴氣燃料出廠驗(yàn)收的指標(biāo)放寬，而在飛機(jī)加油前規(guī)定較為嚴(yán)格的適合飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的固體顆粒計(jì)數(shù)指標(biāo)，以利于節(jié)約資源和成本。

控制噴氣燃料中的纖維狀物質(zhì)

噴氣燃料中的纖維狀物質(zhì)在我國(guó)已經(jīng)有可測(cè)定的儀器。建議測(cè)定噴氣燃料中纖維狀物質(zhì)在某長(zhǎng)度范圍內(nèi)的數(shù)量，并建立合適的控制指標(biāo)，以適應(yīng)我國(guó)噴氣燃料生產(chǎn)的實(shí)際情況。

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