關(guān)于柴油濾清器油水分離效率試驗(yàn)的探討及其應(yīng)用程

建彬1 陶士明2

介紹柴油中含水形態(tài)對柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的影響，通過分析柴油濾清器油水分離效率，區(qū)別ISO 16332：2018標(biāo)準(zhǔn)和SAE J1488：2010標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法的不同點(diǎn)，并就如何正確客觀評價(jià)1款濾清器的油水分離效率進(jìn)行了探討，用于指導(dǎo)柴油油水分離器的設(shè)計(jì)制造和性能評價(jià)。

濾清器; 油水分離效率;試驗(yàn)方法

0 前言

隨著柴油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和國六排放標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施， 發(fā)動(dòng)機(jī)對燃油過濾系統(tǒng)的要求進(jìn)一步提高，需要濾清器具備更高的油水分離效率和顆粒過濾能力。燃油中的水分可引起燃油系統(tǒng)零件的腐蝕，促使微生物的滋生，導(dǎo)致燃油供給系統(tǒng)故障，特別是容易引起噴油嘴的堵塞甚至機(jī)件損壞。水分的存在還會(huì)降低柴油的熱值，影響正常燃燒。因此，柴油濾清器作為燃油清潔的功能元件，對其進(jìn)行油水分離能力的測試和客觀評價(jià)顯得尤為重要。

1 含水柴油及其水分離試驗(yàn)要求

1.1 柴油中含水形態(tài)及其影響

柴油在運(yùn)輸、流通和貯存過程中，水分會(huì)通過各種途徑混入油中，比如空氣中的水分冷凝、外界水分經(jīng)油箱通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入，以及水分通過密封系統(tǒng)進(jìn)入等。柴油中的水分主要有3種表現(xiàn)形態(tài)。（1）溶解水：以水分子形態(tài)存在并溶解于柴油中。柴油中水的溶解量與柴油類型、添加劑、壓力和環(huán)境溫度及濕度有關(guān)。溶解于柴油中的水，在達(dá)到溶解飽和度之前，柴油的外觀是清澈透明的。（2）游離水：當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí)，柴油溶解水的能力下降，溶解水會(huì)從柴油中析出，形成微小的水滴懸浮在柴油中，并隨著小水滴數(shù)量的增多，逐漸聚集形成相對較大的水滴，游離水的平均直徑為180～260 μm。（3）乳化水：柴油中的水在受到油泵的劇烈攪拌和高速剪切作用時(shí)，容易產(chǎn)生微小的水滴懸浮在柴油中，造成柴油的乳化，柴油顏色呈現(xiàn)渾濁、發(fā)白的現(xiàn)象。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在供油時(shí)，柴油在由低壓系統(tǒng)輸送至高壓系統(tǒng)再由高壓系統(tǒng)返回至低壓系統(tǒng)的整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，也容易形成柴油乳化水。乳化水的直徑范圍在0.1～10.0 μm之間。由于直徑小于4.0 μm的乳化液極其穩(wěn)定，采用物理機(jī)械方式的分離方法難以達(dá)到油水分離效果。柴油中的乳化水和游離水對噴射系統(tǒng)影響極大，原則上必須徹底去除。

1.2 對試驗(yàn)介質(zhì)的要求

目前，行業(yè)內(nèi)普遍采用的油水分離試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)有：《柴油機(jī)燃油濾清器油水分離效率的評定方法》（ISO 16332：2018）和《分離燃油中乳化水的試驗(yàn)方法》（SAE J1488：2010）[1-2]。這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)介質(zhì)的要求略有不同。1）在ISO 16332：2018標(biāo)準(zhǔn)中對試驗(yàn)介質(zhì)的要求：（1）未處理的加油站燃油（F1）。（2）標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)燃油（F2）：以CEC RF-06-03標(biāo)準(zhǔn)燃油作為F2的基礎(chǔ)油，并按標(biāo)準(zhǔn)中的附錄A進(jìn)行處理。（3）試驗(yàn)燃油（F2.1），高油/水界面張力（IFT）試驗(yàn)燃油。按照ISO 9101標(biāo)準(zhǔn)，10 s時(shí)IFT為22±2 mN/m;按照ISO 9101 或ISO 6889標(biāo)準(zhǔn)，60 s時(shí)IFT為20±2 mN/m;水分離能力按照ASTM D1401標(biāo)準(zhǔn)加以報(bào)告。（4）試驗(yàn)燃油（F2.2），低IFT 試驗(yàn)燃油。按照ISO 9101標(biāo)準(zhǔn)，10 s時(shí)IFT為13±2 mN/m;按照ISO 9101 或ISO 6889標(biāo)準(zhǔn)，60 s時(shí)IFT為11±2 mN/m。2）在SAE J1488標(biāo)準(zhǔn)中對試驗(yàn)介質(zhì)的要求：采用超低硫柴油，按照ASTM D971標(biāo)準(zhǔn)，IFT為15～19 mN/m。

1.3 試驗(yàn)原理、設(shè)備組成及要求

根據(jù)ISO 16332：2018標(biāo)準(zhǔn)和SAE J1488：2010標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)原理分別如圖1和圖2所示。綜合圖1和圖2，結(jié)合2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，其差異處如表1所示。

2 試驗(yàn)檢測

試驗(yàn)介質(zhì)界面張力是油水分離效率試驗(yàn)的重要參數(shù)[3]。如表2所示，技術(shù)人員按照ISO 16332：2018標(biāo)準(zhǔn)中F2.1、F2.2規(guī)定條件及SAE J1488標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的條件，對同一批產(chǎn)品進(jìn)行了試驗(yàn)，以檢測相同產(chǎn)品在不同試驗(yàn)條件下的油水分離效率。

2.1 試驗(yàn)方案及試驗(yàn)過程

本試驗(yàn)對比所采用的油水分離試驗(yàn)臺(tái)為湖州寶盈智能設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)制造。該試驗(yàn)臺(tái)為國內(nèi)自主研發(fā)，并將ISO 16332：2018標(biāo)準(zhǔn)和SAE J1488：2010標(biāo)準(zhǔn)整合在同一試驗(yàn)臺(tái)中。在試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)取樣分析，自動(dòng)返回分析結(jié)果，并立即計(jì)算和顯示試驗(yàn)結(jié)果。

本次對比試驗(yàn)所采用的同一批生產(chǎn)的某型號(hào)柴油油水分離器，濾芯為凝聚式深層過濾結(jié)構(gòu)，過濾面積為2 700 cm2。試驗(yàn)方案1如表2所示。技術(shù)人員將試驗(yàn)方案2中的試驗(yàn)流量從240 L/h調(diào)整為150 L/h， 其余條件不變，再次進(jìn)行了測試。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

圖3為某型號(hào)油水分離器在試驗(yàn)方案1的試驗(yàn)條件下的試驗(yàn)結(jié)果對比。結(jié)合表2中的試驗(yàn)條件可以看出：（1）采用ISO 16332：2018試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)并使用F2.1燃油或F2.2燃油時(shí)，由于試驗(yàn)液界面張力不同，在其他試驗(yàn)條件相同情況下，使用F2.1燃油測得的柴油濾清器的油水分離效率η16332/F2.1高于F2.2燃油效率η16332/F2.2。（2）采用SAE J1488：2010標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，盡管注水量、界面張力、水乳化方式與ISO 16332：2018標(biāo)準(zhǔn)不同，但測得的油水分離效率ηSAE J1488非常接近于η16332/F2.1。

按照試驗(yàn)方案2，將表2中試驗(yàn)條件的試驗(yàn)流量從240 L/h調(diào)整為150 L/h，分別進(jìn)行測試試驗(yàn)，得到試驗(yàn)結(jié)果為油水分離效率都接近于100%。

技術(shù)人員對同一批次產(chǎn)品進(jìn)行了多次試驗(yàn)，按照不同的試驗(yàn)方法或按照同一試驗(yàn)方法不同試驗(yàn)條件得到的油水分離效率均不盡相同。試驗(yàn)顯示，試驗(yàn)油的界面張力、試驗(yàn)流量、水滴粒徑分布，以及孔板壓差對測試結(jié)果的影響顯著。相關(guān)油水分離趨勢如表3所示。

3 結(jié)論

從以上試驗(yàn)結(jié)果得知，同一批次柴油濾清器在不同的試驗(yàn)條件下，得到的油水分離效率是不同的，并且對試驗(yàn)結(jié)果的影響很大。在客觀合理評價(jià)1款濾清器的油水分離效率時(shí)，必須明確試驗(yàn)方法、試驗(yàn)流量（即注水流量）、試驗(yàn)介質(zhì)、水滴粒徑，以及孔板壓差等。只有在相同的試驗(yàn)條件下對濾清器進(jìn)行油水分離效率的測試和評價(jià)才具有相互比較和優(yōu)劣鑒別的意義。

[1]ISO 16332：2018 柴油機(jī) 燃油濾清器 油水分離效率的評定方法[S].國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，2018.

[2]SAE J1488：2010 分離燃油中乳化水的試驗(yàn)方法[S]. 國際自動(dòng)機(jī)工程師學(xué)會(huì)，2010.

[3]陶士明. 一種柴油濾油水分離效率實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電信息， 2021，645（3）.