U 形管振動法測定石油產(chǎn)品密度的應(yīng)用

周鴻剛，陸 蓉

（中國石油蘭州石化分公司，甘肅蘭州 730060）

密度是物質(zhì)的質(zhì)量與其體積的比值，說及密度應(yīng)標(biāo)明溫度，我國規(guī)定油品在20 ℃的密度為其標(biāo)準(zhǔn)密度，因為水在4 ℃時的密度等于1.000 0 g/cm3，通常以4 ℃水為基準(zhǔn)，將溫度為t 的油品密度對4 ℃時水的密度之比稱為相對密度，我國常用表示相對密度。

原油及油品的密度和相對密度在生產(chǎn)和儲運過程中有著重要意義，在原料及產(chǎn)品的計量及煉油裝置的設(shè)計等方面都是必不可少的，此外，油品的相對密度還與其化學(xué)組成有密切的內(nèi)在聯(lián)系，可以為基礎(chǔ)關(guān)聯(lián)油品其他重要的性質(zhì)參數(shù)[1]。因此無論在煉油廠生產(chǎn)控制，還是油品調(diào)合過程中，嚴(yán)格監(jiān)控油品的密度都具有十分重要的意義。

石油產(chǎn)品密度的測定方法主要有三種即比重瓶法、U 形管振動法和密度計法[2-6]，三種方法的原理也不相同，U 形管振動法測量密度已廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域[7-9]。本文就U 形管振動法對尼日爾煉油廠進(jìn)廠原油和11 種石油產(chǎn)品密度測定的應(yīng)用情況進(jìn)行了詳細(xì)的說明。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

數(shù)字密度計測定儀：Anton Paar DMA 4100M（測量結(jié)果為小數(shù)點后四位），測量范圍0～3 g/cm3，溫控精度0.02 ℃，測量溫度范圍0～90 ℃。

清洗溶劑1：重整進(jìn)料；清洗溶劑2：丙酮（分析純）。

異丙醇：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

黏度標(biāo)樣：CONOSTAN Oil Analysis Standards。

汽油（iis19B01ASTM）：荷蘭IIS 機(jī)構(gòu)國際實驗室比對樣品。

柴油（iis19G01EN）：荷蘭IIS 機(jī)構(gòu)國際實驗室比對樣品。

不同溫度下水和空氣的密度值，見分析方法。

1.2 方法概要

ASTM D4052：手動將1 mL～2 mL 樣品注入U 形振動管中，記錄由U 形管質(zhì)量變化而引起的振動頻率的變化，結(jié)合校準(zhǔn)數(shù)據(jù)來確定樣品的密度、相對密度和API 度（由內(nèi)置程序自動計算完成），可以測定任何設(shè)定溫度下的實際密度，并直接轉(zhuǎn)化成15 ℃的密度和API 度。

1.3 儀器的校正和清洗

用蒸餾水和空氣來校正儀器，以檢查確認(rèn)儀器處于良好正確的工作狀態(tài)，校正結(jié)果（見表1）（煉油廠實驗室大氣壓約為960 kPa，室溫25 ℃左右，相對空氣濕度50%左右，查表可知，空氣密度值0.001 1 g/cm3）。

清洗溶劑1 要能溶解并清除測量池中樣品殘留，它必須對所有樣品都易溶解；清洗溶劑2 能清除第一種溶劑并且在干燥空氣流下易蒸發(fā)，加速測量池的干燥，同時溶劑2 必須和溶劑1 有很好的相溶性。

清洗的頻率：（1）每次校正后，用兩種溶劑進(jìn)行清洗；（2）日常生產(chǎn)中，樣品與樣品之間用溶劑1 清洗即可；（3）每周固定時間用兩種溶劑清洗一次；（4）結(jié)果不穩(wěn)定或有疑問時，隨時用兩種溶劑清洗。清洗干燥完成后，可用水或空氣進(jìn)行檢查。

1.4 分析步驟

（1）儀器初始化完成后，調(diào)用相應(yīng)的分析方法（DMA 4100M 出廠時內(nèi)置了10 種分析方法，基本滿足大多數(shù)應(yīng)用，可根據(jù)實際情況新建分析方法）。

（2）當(dāng)儀器顯示空氣密度為0.001 1 g/cm3時，用合適的注射器將大約1 mL～2 mL 樣品注入干凈、干燥的U 形管中，樣品必須是均勻的且不含小氣泡，確保試樣充滿試管，從可視窗觀察，U 形管中不能有氣泡存在，如果發(fā)現(xiàn)有氣泡，退空試樣管，再次進(jìn)樣并重新檢查有無氣泡。

（3）開始測量后，當(dāng)儀器顯示穩(wěn)定的讀數(shù)時，測試結(jié)束，記錄顯示屏上的結(jié)果。

（4）排放樣品，清洗干燥U 形管，進(jìn)行下次分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 準(zhǔn)確度考察

利用幾種純試劑考察儀器和方法的準(zhǔn)確度，連續(xù)分析兩次20 ℃密度，取平均值，結(jié)果（見表2）。

由表2 可見，四個標(biāo)準(zhǔn)試劑20 ℃密度的測量值，絕對誤差均小于0.000 2 g/cm3，滿足ASTM D4052 的再現(xiàn)性要求，說明儀器測量結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的；另一方面，實驗室從2013 年開始連續(xù)七年參加由荷蘭IIS 機(jī)構(gòu)組織的汽柴油國際實驗室能力驗證項目，密度測定結(jié)果評價一直處在優(yōu)秀檔級，也充分說明結(jié)果的準(zhǔn)確度高。

表1 水和空氣密度校正結(jié)果（20 ℃），g/cm3Tab.1 The density calibration results of water and air（20 ℃），g/cm3

表2 準(zhǔn)確度考察結(jié)果，g/cm3Tab.2 The accuracy test results，g/cm3

2.2 重復(fù)性考察

選取尼日爾煉油廠進(jìn)廠原油和常見的11 種石油產(chǎn)品，測定20 ℃密度，進(jìn)行重復(fù)性的考察，結(jié)果（見表3）。

表3 重復(fù)性考察結(jié)果，g/cm3Tab.3 The repeatability test results，g/cm3

表4 中間再現(xiàn)性考察結(jié)果，g/cm3Tab.4 The intermediate reproducibility test results，g/cm3

由表3 可見，各個樣品的重復(fù)性測定結(jié)果均較好，最大差值為0.000 2 g/cm3，均滿足方法的重復(fù)性要求。

說明：由于原油是黏稠液體，測定原油密度時儀器有一加熱部件，測定40 ℃密度，儀器自動轉(zhuǎn)換顯示15 ℃密度，然后再查石油計量表轉(zhuǎn)換成20 ℃密度；由于常三線的濁點約20 ℃，對直接進(jìn)樣測定20 ℃密度有影響，采取測定常三線30 ℃的密度，儀器自動轉(zhuǎn)換顯示15 ℃密度，然后再查石油計量表轉(zhuǎn)換成20 ℃密度。

2.3 中間再現(xiàn)性考察

由于尼日爾客觀條件的限制，未能找到另一家與本實驗室使用相同型號儀器的實驗室，因此采取本實驗室內(nèi)，不同操作者用同一臺儀器對同一樣品按照同一分析方法，測定樣品20 ℃密度，以考察中間再現(xiàn)性，結(jié)果（見表4）。

從表4 可以看出，不同操作者分析結(jié)果的最大差值為0.000 3 g/cm3，均符合方法的再現(xiàn)性要求，說明儀器性能穩(wěn)定，不因操作者不同而產(chǎn)生大的波動。

3 結(jié)論

（1）U 形管振動法測定石油產(chǎn)品的密度，其準(zhǔn)確度高，精密度完全滿足方法標(biāo)準(zhǔn)的要求，是測定石油產(chǎn)品密度較為理想的方法。

（2）U 形管振動法所需樣品量少，分析步驟簡單快速，易于操作維護(hù)，測定過程影響因素相對較少，減少了實驗人員的誤差、工作量和工作強(qiáng)度，提高了分析效率，產(chǎn)生的廢液少，減少二次環(huán)境污染，適用于煉油廠大批量的中控樣品分析和產(chǎn)品出廠質(zhì)量檢測。