壓縮比法與風(fēng)量調(diào)節(jié)法測(cè)定柴油十六烷值的對(duì)比

吳振中 萬(wàn)玲玲

〔中國(guó)石化山東石油分公司 山東濟(jì)南 250014〕

十六烷值是柴油在壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中著火性能的重要指標(biāo)，規(guī)定著火性能極好的正十六烷（C16H34）的十六烷值為100、著火性能極差的α－甲基萘（C10H7CH3）十六烷值為0。將正十六烷和α－甲基萘按不同比例配成混合物作為標(biāo)準(zhǔn)燃料。當(dāng)被測(cè)試燃料與某一配比的標(biāo)準(zhǔn)燃料的著火性能相當(dāng)，而這種標(biāo)準(zhǔn)燃料中十六烷所占體積分?jǐn)?shù)為x%時(shí)，x即為被試燃料的十六烷值。燃料的十六烷值高意味著它自燃性好，燃燒均勻且完全，發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，不易出現(xiàn)爆震。十六烷值低則表明燃料著火困難，滯燃期長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)粗暴。一般柴油機(jī)燃油的十六烷值在40～60范圍之內(nèi)。本文利用壓縮比法及風(fēng)量調(diào)節(jié)法測(cè)定柴油十六烷值，并就兩種方法的檢測(cè)原理、方法、各自特點(diǎn)以及檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)設(shè)備

上海某石化裝備有限公司FCD II型十六烷值機(jī)：?jiǎn)胃姿臎_程，缸徑 ×行程為90 mm×90 mm，轉(zhuǎn)速（1 000±10）r／min，壓縮比21，進(jìn)油量10 mL（90 s±1.5 s），噴油提前角 20°，發(fā)火延遲角20°，噴油壓力（12.75±0.5）MPa，等容可變壓縮力調(diào)節(jié)范圍 0～20 kPa，風(fēng)量表讀數(shù)范圍 0～1 000。

美國(guó)某公司CFR－F5型十六烷值機(jī)：適用于GB／T386標(biāo)準(zhǔn)（壓縮比法），缸徑 ×行程為82.5 mm×114.3 mm，轉(zhuǎn)速 （900±9）r／min，進(jìn)油量（13.0±0.2）mL／min，噴油提前角 13°，發(fā)火延遲角 13°，噴油壓力（10.30±0.34）MPa。

1.1.2 試驗(yàn)原料

標(biāo)準(zhǔn)燃料：2個(gè)檢驗(yàn)燃料樣品（1和2），其十六烷值分別為42和53，美國(guó)菲利普斯石油公司生產(chǎn)。

試驗(yàn)樣品：由副標(biāo)準(zhǔn)燃料T燃料及U燃料調(diào)合得到6個(gè)不同十六烷值的試驗(yàn)樣品（1～6），其十六烷值分別為 40、46、47、50、54、56。

1.2 檢測(cè)方法

1.2.1 壓縮比法

壓縮比法（CFR－F5型十六烷值機(jī)）通過(guò)調(diào)節(jié)手輪度數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，獲得被測(cè)試樣確定的“著火滯后期”，即噴油開(kāi)始和燃燒開(kāi)始之間的時(shí)間間隔。根據(jù)測(cè)試樣時(shí)得到的發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，選用相差不大于5個(gè)十六烷值單位的兩種標(biāo)準(zhǔn)燃料，用同樣的方法得到其確定的“著火滯后期”。當(dāng)試樣的壓縮比處在選用的兩種標(biāo)準(zhǔn)燃料的壓縮比之間時(shí)，根據(jù)手輪讀數(shù)，用內(nèi)插法計(jì)算可得出試樣的十六烷值[1]。

1.2.2 風(fēng)量調(diào)節(jié)法

風(fēng)量調(diào)節(jié)法（FCD－Ⅱ型十六烷值機(jī)）采用固定“著火滯后期”（燃料噴射開(kāi)始和燃燒開(kāi)始之間的時(shí)間間隔）法測(cè)定柴油十六烷值。氣缸容積為固定值，燃燒室體積和工作體積都為恒定值，壓縮比固定在21，通過(guò)控制進(jìn)入氣缸的空氣量，即風(fēng)量（以風(fēng)量表讀數(shù)表示），來(lái)調(diào)節(jié)壓縮沖程終了時(shí)燃燒室內(nèi)的壓力和溫度。將試樣的著火性質(zhì)與已知十六烷值的參比燃料的著火性質(zhì)相比較，選擇十六烷值差值不大于5個(gè)單位的兩種參比燃料，以相同方法獲得精確的著火滯后期。當(dāng)試樣的風(fēng)量處于兩種參比燃料風(fēng)量之間時(shí)，用內(nèi)插法計(jì)算出試樣的十六烷值[2－5]。

2 結(jié)果與討論

2.1 準(zhǔn)確度

為比較壓縮比法與風(fēng)量調(diào)節(jié)法兩種方法測(cè)定柴油十六烷值的準(zhǔn)確度，選用十六烷值分別為42.0和53.0的兩種進(jìn)口檢驗(yàn)燃料進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 兩種方法準(zhǔn)確度的比較

由表1可知，壓縮比法和風(fēng)量調(diào)節(jié)法測(cè)定兩標(biāo)準(zhǔn)燃料，結(jié)果準(zhǔn)確度高，檢驗(yàn)結(jié)果基本一致。

2.2 精密度

6個(gè)不同試驗(yàn)樣品的風(fēng)量調(diào)節(jié)法與壓縮比法十六烷值測(cè)定結(jié)果對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，數(shù)據(jù)處理結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 兩種方法檢測(cè)十六烷值結(jié)果比較

表3 十六烷值測(cè)定數(shù)據(jù)處理

由表3可知，對(duì)相同試驗(yàn)品采用不同類(lèi)型儀器進(jìn)行柴油十六烷值測(cè)定，風(fēng)量調(diào)節(jié)法的測(cè)定值與壓縮比法的測(cè)定值相吻合，風(fēng)量調(diào)節(jié)法與壓縮比法測(cè)定結(jié)果的偏差小于GB／T386方法規(guī)定的再現(xiàn)性誤差指標(biāo)，說(shuō)明兩種方法的測(cè)量結(jié)果具有很好的一致性，風(fēng)量調(diào)節(jié)法的精密度好于壓縮比法。

2.3 兩種測(cè)定方法主要性能比較

目前，柴油標(biāo)準(zhǔn)中十六烷值的試驗(yàn)方法為壓縮比法（GB／T386—2010柴油十六烷值測(cè)定法）。該方法所采用的儀器為美國(guó)某公司生產(chǎn)的十六烷值機(jī)，占中國(guó)的十六烷值檢驗(yàn)市場(chǎng)主導(dǎo)地位。中石化撫順研究院與上海某石化裝備有限公司合作研發(fā)的十六烷值機(jī)，采用風(fēng)量調(diào)節(jié)法完成油品十六烷值檢驗(yàn)，已經(jīng)獲得國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法 GB／T33298—2016柴油十六烷值的測(cè)定（風(fēng)量調(diào)節(jié)法），該方法具有檢測(cè)快速、測(cè)定精度高、標(biāo)油用量少、噪聲低等特點(diǎn)。

3 結(jié)論

（1）壓縮比法和風(fēng)量調(diào)節(jié)法都能夠滿足柴油十六烷值測(cè)定的準(zhǔn)確度和精密度要求。

（2）風(fēng)量調(diào)節(jié)法與壓縮比法有很好的一致性，風(fēng)量調(diào)節(jié)法具有分析速度快、測(cè)定精度高等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)量調(diào)節(jié)法具有油品適用范圍廣、十六烷值測(cè)定范圍寬、穩(wěn)定性好、節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)燃料和試樣，操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，可以作為柴油十六烷值測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。兩標(biāo)準(zhǔn)代表機(jī)型主要性能對(duì)照見(jiàn)表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)GB／T386—2010與標(biāo)準(zhǔn)GB／T33298—2016典型機(jī)型主要性能對(duì)照表

[1]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T386—2010柴油十六烷值測(cè)定法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016：121－155.

[2]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T33298—2016柴油十六烷值的測(cè)定 風(fēng)量調(diào)節(jié)法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[3]張會(huì)成，付偉，郭亞平，等.風(fēng)量調(diào)節(jié)法測(cè)定柴油十六烷值的方法研究[J].石油煉制與化工，2017，48（8）：90－93.

[4]吳振中，陶永旭.從汽柴油質(zhì)量檢驗(yàn)看我國(guó)成品油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[J].河南化工，2017，34（10）：12－15.

[5]高波，李哲.柴油組成對(duì)十六烷值與十六烷指數(shù)關(guān)聯(lián)性的影響[J].石化技術(shù)與應(yīng)用，2010，28（1）：27－30.