標(biāo)準(zhǔn)黏度油混配及重復(fù)利用方法的探討

喬亞波

（1.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院；2.黑龍江省油氣藏增產(chǎn)增注重點實驗室）

1 背景及介紹

標(biāo)準(zhǔn)黏度油是一種液態(tài)的國家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，主要用于儀器的校準(zhǔn)、檢定以及期間核查等量值溯源的方式，以保證測量黏度的儀器設(shè)備的可靠性及穩(wěn)定性[1-2]。但標(biāo)準(zhǔn)黏度油的使用條件較為苛刻，必須在定值溫度下使用，且不可二次使用。對于檢驗檢測實驗室，旋轉(zhuǎn)黏度計對油化劑以及成品油的黏度進(jìn)行測量，使用的儀器主要是以六速旋轉(zhuǎn)黏度計、布氏黏度計及MARS流變儀為主，儀器運轉(zhuǎn)利用率達(dá)到80%以上，使用頻率均較高，對此類使用頻率較高，對檢測結(jié)果判定起重要作用的儀器需要進(jìn)行期間核查，以滿足其在兩次校準(zhǔn)或檢定之間狀態(tài)得到保持，使檢測數(shù)據(jù)更加可靠，而對旋轉(zhuǎn)黏度計進(jìn)行期間核查最簡單有效的方法就是使用標(biāo)準(zhǔn)黏度油對儀器進(jìn)行期間核查[3-10]。經(jīng)過調(diào)研得知標(biāo)準(zhǔn)黏度油價格以及實驗室旋轉(zhuǎn)黏度計期間核查費用較高。實驗室每年除了對儀器進(jìn)行校準(zhǔn)檢定需要支付一定的費用外，仍需要花費資金購買標(biāo)準(zhǔn)黏度油來對儀器進(jìn)行期間核查，給實驗室?guī)聿恍〉慕?jīng)濟負(fù)擔(dān)，并且標(biāo)準(zhǔn)黏度油一次性使用后即報廢，產(chǎn)生廢液較多，難以處理，不符合節(jié)能環(huán)保要求。對標(biāo)準(zhǔn)黏度油價格統(tǒng)計見表1及實驗室常見黏度計期間核查費用進(jìn)行統(tǒng)計見表2。

由表1及表2中可以看出標(biāo)準(zhǔn)黏度油的價格較高，實驗室常見的三種黏度計的期間核查均要使用標(biāo)準(zhǔn)黏度油，特別是MARS流變儀需要核查的點比較多，因此對標(biāo)準(zhǔn)油的使用量較大，而根據(jù)黏度計檢定規(guī)程JJG1002—2005中規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)油的使用不能重復(fù)利用，且要一次性使用，這對于非計量部門的實驗室僅對儀器做期間核查來說費用較高。因此亟需對標(biāo)準(zhǔn)黏度油的混配及重復(fù)利用方法進(jìn)行研究，利用毛細(xì)管黏度計對標(biāo)準(zhǔn)黏度油重新定值后使用，以提高黏度油利用率[10-12]。

2 標(biāo)準(zhǔn)黏度油重復(fù)利用的理論依據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)黏度油的主要成分為甲基硅油，成分單一，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有牛頓流體的一般性質(zhì)。將標(biāo)稱黏度值（標(biāo)準(zhǔn)黏度油的出廠黏度）為531.52、105.98 mPa·s的標(biāo)準(zhǔn)黏度油，利用流變儀在一定的剪切速率下對其分別剪切1 min，每次剪切后重新放入試劑瓶進(jìn)行密閉保存。在一年中的不同時間段進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的對比，標(biāo)準(zhǔn)黏度油531.52 mPa·s黏度曲線見圖1、標(biāo)準(zhǔn)黏度油105.98 mPa·s黏度曲線見圖2。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)黏度油531.52 mPa·s黏度曲線Fig.1 Viscosity curve of standard viscosity oil 531.52 mPa·s

圖2 標(biāo)準(zhǔn)黏度油105.98 mPa·s黏度曲線Fig.2 Viscosity curve of standard viscosity oil 105.98 mPa·s

從圖1和圖2可以看出其標(biāo)準(zhǔn)黏度油的黏度基本不隨時間及剪切速率的變化而變化，反映出其性質(zhì)十分穩(wěn)定，理論上表明使用過的標(biāo)準(zhǔn)黏度油可以進(jìn)行重新定值以達(dá)到重復(fù)利用的目的。

3 標(biāo)準(zhǔn)黏度油的混配及定值方法

3.1 混配比例的確定

1）標(biāo)準(zhǔn)黏度油的混配定義。標(biāo)準(zhǔn)黏度油的混配只是兩種不同黏度的標(biāo)準(zhǔn)黏度油按照一定比例進(jìn)行混合從而得到第3種黏度的黏度油的方法。

2）標(biāo)準(zhǔn)黏度油混配方法?？蓞⒄認(rèn)JG1002—2005《旋轉(zhuǎn)黏度計》附錄D及表D.1的內(nèi)容對標(biāo)準(zhǔn)黏度油進(jìn)行混配以得到所需要的標(biāo)稱黏度值的黏度油。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)黏度油的定值方法

3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)黏度油定值對毛細(xì)管黏度計的要求

毛細(xì)管黏度計必須在檢定周期內(nèi)且檢定合格，而且必須由實驗室工作人員對毛細(xì)管黏度計檢定結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，確認(rèn)常數(shù)穩(wěn)定性滿足JJG155—2016《工作毛細(xì)管黏度計》中的要求。

常數(shù)穩(wěn)定性計算公式為：

式中：δT為黏度計常數(shù)穩(wěn)定性；C為本次測量所得黏度計常數(shù)，mm2/s2；C0為上一周期黏度計常數(shù)，mm2/s2。

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)黏度油定值方法

按照J(rèn)JG155—2016《工作毛細(xì)管黏度計》的要求對混配過的標(biāo)準(zhǔn)黏度油進(jìn)行定值。定值后得出的標(biāo)準(zhǔn)黏度油的黏度為運動黏度，需要轉(zhuǎn)化為動力黏度，使用密度計得出標(biāo)準(zhǔn)黏度油的密度，根據(jù)公式2計算出動力黏度值即為標(biāo)準(zhǔn)黏度油的黏度值：

式中：?為標(biāo)準(zhǔn)黏度油的黏度，mPa·s；γ標(biāo)準(zhǔn)黏度油的運動黏度，mm2·s；ρ標(biāo)準(zhǔn)黏度油的密度，g/cm3。

3.3 對標(biāo)準(zhǔn)黏度油定值的環(huán)境及設(shè)備要求

3.3.1 對毛細(xì)管黏度計的要求

1）毛細(xì)管黏度計測量原理。在一定溫度下，當(dāng)液體在直立的毛細(xì)管中，以完全濕潤管壁的狀態(tài)流動時，其運動黏度與流動時間成正比。測定時，用已知運動黏度的液體作標(biāo)準(zhǔn)，測量其從毛細(xì)管黏度計流出的時間，再測量試樣自同一黏度計流出的時間，則可計算出試樣的黏度。

2）毛細(xì)管黏度計計量要求。在使用毛細(xì)管黏度計對標(biāo)準(zhǔn)黏度液進(jìn)行定值時，需要保證毛細(xì)管黏度計在檢定周期內(nèi)，且檢定合格，常數(shù)穩(wěn)定性要求符合JJG155—2016《工作毛細(xì)管黏度計》中的要求。

3）毛細(xì)管黏度計清洗要求。使用前必須將黏度計洗凈，一般先用能溶解黏度計內(nèi)殘留物的溶劑反復(fù)洗滌，再用酒精或汽油洗，然后用發(fā)煙硫酸洗或重鉻酸鉀洗液浸2～3 h，最后用蒸餾水沖洗，放入烘箱，升溫至105℃左右即可，或在自然溫度下倒置數(shù)天，晾干為止。

3.3.2 對輔助設(shè)備及環(huán)境要求

毛細(xì)管黏度計需要在恒溫槽中操作，恒溫槽要求溫度波動度不超過±0.01℃/h，測溫設(shè)備要求分度值為0.01℃的全浸式水銀溫度計或者分辨力優(yōu)于0.01℃的數(shù)字溫度計，使用時應(yīng)修正。環(huán)境溫度要求2 h內(nèi)變化不超過±2℃。

3.3.3 標(biāo)準(zhǔn)黏度油重復(fù)利用方法

按照3.2、3.3的規(guī)定對使用過的標(biāo)準(zhǔn)黏度油進(jìn)行定值。

3.4 對標(biāo)準(zhǔn)黏度油定值后的取值方法

1）Q值檢驗法。Q值檢驗法又叫做舍棄商法，是迪克森（W.J.Dixon）在1951年專為分析化學(xué)中少量觀測次數(shù)（n＜10）提出的一種簡易判據(jù)式。

2）重復(fù)測量。對標(biāo)準(zhǔn)黏度油定值后，應(yīng)該使用重復(fù)測量法，得出多個標(biāo)準(zhǔn)黏度油的黏度值。

3）剔除異常值。利用Q值檢驗法（舍棄商法），剔除異常值，分析數(shù)據(jù)，確定標(biāo)準(zhǔn)黏度油最終定值。

4 標(biāo)準(zhǔn)黏度油定值后使用時間的要求

對定值后的標(biāo)準(zhǔn)黏度油開封或者使用后應(yīng)該儲存在室溫18～30℃環(huán)境，避光保存。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)黏度油定值結(jié)果再現(xiàn)性要求

在不同的時間進(jìn)行再現(xiàn)性測量，使用毛細(xì)管黏度計對重新定值后的標(biāo)準(zhǔn)黏度油（標(biāo)稱黏度值為49.869 mPa·s）黏度測量兩次，使用讀數(shù)記為η1，η2，β代表再現(xiàn)性測量結(jié)果，ηz為定值結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)黏度油49.869 mPa·s再現(xiàn)性測試結(jié)果見圖3，計算公式如下：

圖3 標(biāo)準(zhǔn)黏度油49.869 mPa·s再現(xiàn)性測試結(jié)果Fig.3 Reproducibility test results of standard viscosity oil 49.869 mPa·s

式中：η1為標(biāo)準(zhǔn)黏度液第一次測量值，mPa·s；η2標(biāo)準(zhǔn)黏度液第二次測量值，mPa·s；β為再現(xiàn)性；ηz為標(biāo)準(zhǔn)黏度液定值，mPa·s。

從圖3可以看出，標(biāo)準(zhǔn)黏度油（49.869 mPa·s）重新定值后使用期限在8個月內(nèi)能夠保持再現(xiàn)性滿足小于或等于±2.5%的要求，因此標(biāo)準(zhǔn)黏度油一次定值后的重復(fù)利用時間延長至8個月。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)黏度油定值后再現(xiàn)性時間保持的要求

分 別 對 標(biāo) 稱 黏 度 值 為49.869、105.98、531.52、1 000.6、4 996.0）mPa·s的標(biāo)準(zhǔn)黏度油進(jìn)行一次定值、二次定值、三次定值、四次定值，并對每次定值后滿足再現(xiàn)性要求的時間進(jìn)行統(tǒng)計，不同標(biāo)稱黏度值的黏度油多次定值再現(xiàn)性保持時間結(jié)果統(tǒng)計見表3。

表3 不同標(biāo)稱黏度值的黏度油多次定值再現(xiàn)性保持時間結(jié)果統(tǒng)計Tab.3 Statistics of the reappearance time of viscosity oils with different nominal viscosity values

由表3可以看出，定值結(jié)果雖然發(fā)生變化，但是其再現(xiàn)性仍然可以滿足相應(yīng)要求，因此，得出結(jié)論，標(biāo)準(zhǔn)黏度油在保存得當(dāng)?shù)那闆r下可以定值后再次使用，直到定值結(jié)果再現(xiàn)性大于±2.5%，即進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)黏度油的報廢處理，利用該方法可將標(biāo)準(zhǔn)黏度油由一次性使用至多次定值后重復(fù)利用，一次定值可保持使用時間延長至8個月，并可實現(xiàn)多次定值重復(fù)利用。

5 標(biāo)準(zhǔn)黏度油重復(fù)利用可降低廢液產(chǎn)生量

標(biāo)準(zhǔn)黏度油重復(fù)利用次數(shù)及定值保持時間要根據(jù)黏度油應(yīng)用情況及保存情況測算其再現(xiàn)性是否符合要求而確定。一般來說，定值次數(shù)越多，定值保持時間會越短，這跟標(biāo)準(zhǔn)黏度油使用過程中受到容器污染及保存條件的限制有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)黏度油經(jīng)過定值后可以重復(fù)利用，可大大節(jié)省廢液的產(chǎn)生量，一次定值后重復(fù)利用，可節(jié)省一次的標(biāo)準(zhǔn)黏度油的購買費用，同時可降低一次標(biāo)準(zhǔn)黏度油的廢液產(chǎn)生量，標(biāo)準(zhǔn)黏度油重復(fù)利用降低廢液產(chǎn)生量統(tǒng)計見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)黏度油重復(fù)利用降低廢液產(chǎn)生量統(tǒng)計Tab.4 Statistical table of reduction of waste liquid production by reuse of standard viscosity oil

6 結(jié)論

1）通過毛細(xì)管黏度計對混配后的標(biāo)準(zhǔn)黏度油以及使用后的標(biāo)準(zhǔn)黏度油進(jìn)行重新定值，使用Q值檢驗法（舍棄商法）定值后可實現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)黏度油的重復(fù)利用。

2）利用該方法可將標(biāo)準(zhǔn)黏度油由一次性使用至多次定值后重復(fù)利用，一次定值可保持使用時間延長至8個月，并可實現(xiàn)多次定值重復(fù)利用，從根本上提高了標(biāo)準(zhǔn)黏度油的利用率。

3）通過重復(fù)利用標(biāo)準(zhǔn)黏度油，可顯著減少標(biāo)準(zhǔn)黏度油的購買數(shù)量，間接降低了廢液的產(chǎn)生量，但對于定值次數(shù)及每次定值后粘度保持期限有待于進(jìn)一步研究。