楊東凱

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

1 概述

航空煤油（簡(jiǎn)稱航煤）是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的專用燃料，一般是由直餾餾分、加氫裂化和加氫精制等組分的基礎(chǔ)油與抗氧劑和抗靜電劑等添加劑調(diào)和而成。作為航空燃料，其質(zhì)量好壞對(duì)航空安全至關(guān)重要，由于其特殊的應(yīng)用場(chǎng)所和環(huán)境，使得對(duì)航煤的性能要求十分苛刻，不僅要求其具有良好的低溫流動(dòng)性能，較大的凈熱值和密度，較快的燃燒速度，燃燒完全，而且更要具有良好的安定性，包括儲(chǔ)存安定性和熱氧化安定性以及良好的導(dǎo)電性。

國(guó)內(nèi)的航煤產(chǎn)品強(qiáng)制執(zhí)行了中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的GB 6537—2018《3號(hào)噴氣燃料》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航煤技術(shù)指標(biāo)，主要包括外觀、組成、揮發(fā)性、流動(dòng)性、燃燒性、腐蝕性、安定性、潔凈性、導(dǎo)電性等9大類24個(gè)分析項(xiàng)目，而且對(duì)餾程、芳烴體積分?jǐn)?shù)、閃點(diǎn)、冰點(diǎn)、煙點(diǎn)、熱氧化安定性等影響產(chǎn)品質(zhì)量的項(xiàng)目設(shè)定了控制指標(biāo)，盡管這些項(xiàng)目的測(cè)定原理各不相同，但有些質(zhì)量特性之間存在一定的相關(guān)性。

航煤的電導(dǎo)率很低，在裝卸和加注作業(yè)中，燃料與管壁，罐壁，過濾介質(zhì)發(fā)生表面摩擦，出現(xiàn)電荷分離，產(chǎn)生靜電，往往不易導(dǎo)走，聚集到一定程度，電位很高，若在可燃的油氣濃度范圍內(nèi)，一旦發(fā)生靜電放電，會(huì)釀成失火事故，大量試驗(yàn)研究工作表明，抗靜電添加劑可增加燃料的導(dǎo)電率，防止靜電失火。

目前，傳統(tǒng)的添加抗靜電劑的方法有兩種，定量加劑法和在線加劑法。定量加劑法是將航煤基礎(chǔ)油收集到航煤儲(chǔ)罐或調(diào)和罐，按照已經(jīng)收集到的基礎(chǔ)航煤總量按照實(shí)驗(yàn)室得出的合適比例，一次性將抗靜電劑加入航煤儲(chǔ)罐或調(diào)和罐中，通過循環(huán)或攪拌等方式將航煤基礎(chǔ)油與抗靜電劑混合均勻，然后測(cè)定成品航煤的電導(dǎo)率，如果電導(dǎo)率未達(dá)到預(yù)期指標(biāo)，再根據(jù)測(cè)得結(jié)果繼續(xù)添加抗靜電劑并混合均勻，直至達(dá)到或超過預(yù)期指標(biāo)為止完成一批航煤產(chǎn)品調(diào)和；在線加劑法是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的航煤基礎(chǔ)油與抗靜電劑添加比例的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，根?jù)當(dāng)時(shí)離線檢測(cè)航煤基礎(chǔ)油的電導(dǎo)率值，人工調(diào)節(jié)設(shè)定抗靜電劑的流量，采用在線伴隨加入航煤基礎(chǔ)油主管線中，可以在進(jìn)入收油罐之前進(jìn)行快速混合然后進(jìn)入收油儲(chǔ)罐，進(jìn)入收油儲(chǔ)罐的調(diào)和航煤根據(jù)入罐前混合器的效果決定是否需要在收油罐中繼續(xù)混合均勻，然后人工采樣離線檢測(cè)電導(dǎo)率值，再根據(jù)測(cè)得結(jié)果繼續(xù)添加抗靜電劑并在收油罐中混合均勻，再次檢測(cè)決定是否再次加劑并直至達(dá)到或超過預(yù)期指標(biāo)為止完成一批航煤產(chǎn)品調(diào)和。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

2.1.1 航煤基礎(chǔ)油

常一線加氫組分、煤柴油加氫裂化組分、蠟油加氫裂化組分等，按照生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)混合比例與抗氧劑混合均勻。航煤基礎(chǔ)油的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 航煤基礎(chǔ)油的主要技術(shù)指標(biāo)

2.1.2 抗靜電劑

采用現(xiàn)場(chǎng)在用同型號(hào)產(chǎn)品Stadis 450。

航煤的電導(dǎo)率很低，在裝卸和加注作業(yè)中，燃料與管壁、罐壁、過濾介質(zhì)發(fā)生表面摩擦，出現(xiàn)電荷分離產(chǎn)生靜電，往往不易導(dǎo)走，聚集到一定程度，電位很高，若在可燃的油氣濃度范圍內(nèi)，一旦發(fā)生靜電放電，會(huì)釀成失火事故，大量試驗(yàn)研究工作表明，抗靜電添加劑可增加燃料的導(dǎo)電率，防止靜電失火。

目前國(guó)內(nèi)使用的抗靜電劑均為無灰型抗靜電劑，主要有國(guó)產(chǎn)的T1502抗靜電劑和進(jìn)口的Stadis 450型抗靜電劑，二者均由聚砜、聚胺等高分子化合物與溶劑復(fù)配而成。本項(xiàng)目采用與現(xiàn)場(chǎng)相同廠家和牌號(hào)的Stadis 450型抗靜電劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以盡可能接近現(xiàn)場(chǎng)情況。Stadis 450型抗靜電劑是英諾斯派（Innospec）公司生產(chǎn)的一種無灰型有機(jī)抗靜電劑，依托其中的聚砜等有機(jī)極性聚合物的螺旋結(jié)構(gòu)使得分子鏈上存在首尾相連的偶極離子提高電導(dǎo)率。Stadis 450型抗靜電劑是獲全球認(rèn)證的可用于碳?xì)淙剂系目轨o電劑，目前在國(guó)際范圍內(nèi)廣泛使用。該產(chǎn)品具有加劑量小，溶解速度快，能夠迅速提高燃油的導(dǎo)電率、能和其添加劑兼容，對(duì)航煤其他性能指標(biāo)無不良影響?？轨o電劑主要技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 抗靜電添加劑主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與裝置

2.2.1 電導(dǎo)率儀

電導(dǎo)率儀由傳感器、轉(zhuǎn)換器、顯示器及聯(lián)接組件組成，傳感器具有電導(dǎo)率感知部件和溫度感知部件，顯示元件可顯示實(shí)時(shí)溫度下的電導(dǎo)率值也可顯示根據(jù)數(shù)學(xué)模型換算的不同工況下的電導(dǎo)率值，并可在二者之間任意切換或交替顯示。傳感器是電導(dǎo)率測(cè)定儀的關(guān)鍵元件，傳感器測(cè)得實(shí)時(shí)信號(hào)可經(jīng)轉(zhuǎn)換在電導(dǎo)率測(cè)定儀就地顯示，并可將信號(hào)轉(zhuǎn)輸?shù)匠绦蛴?jì)算機(jī)用于控制單元。采用插入式傳感器，傳感器探頭深入物料內(nèi)部，現(xiàn)對(duì)于外置傳感器或套管式傳感器對(duì)物料的變化更加便捷靈敏，能夠隨時(shí)感知流過物料的瞬間變化，避免信號(hào)延遲或離線探測(cè)誤差，以便將信號(hào)實(shí)時(shí)傳遞到控制系統(tǒng)，做到實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控。傳感器探頭長(zhǎng)度保證處于物料流經(jīng)管道中心，安裝示意見圖1。

圖1 插入式傳感器安裝示意圖

傳感器參數(shù)如下：

量程：5～2 000pS/m

測(cè)量精度：±1pS/m

設(shè)計(jì)溫度：-20～+60℃

設(shè)計(jì)壓力：16bar

防爆等級(jí)：II IG Ex ia IIC T4 Ga

主要材質(zhì)：SS316

2.2.2 加劑泵

平流式計(jì)量泵。主要參數(shù)如下：

電壓：220V，50/60Hz

功率：50W

流量：≤0.1L/h

輸出信號(hào)/負(fù)載：4～20mA

防爆等級(jí)：II 2G IIC T6Gb DMT 03 ATEX E023

2.2.3 航煤泵

容積式計(jì)量泵。主要參數(shù)如下：

電壓：380V，50/60Hz

功率：2.2kW

流量：≤1m3/h

防爆等級(jí)：II 2G IIC T6Gb DMT 03 ATEX E023

2.2.4 基礎(chǔ)航煤罐

基礎(chǔ)航煤罐用于臨時(shí)儲(chǔ)存航煤基礎(chǔ)油并用于添加抗氧劑組分。主要技術(shù)參數(shù)如下：

容積：5m3

主要材質(zhì)：SS316

液位計(jì)：板式

2.2.5 收油罐

收油罐用于臨時(shí)收集儲(chǔ)存調(diào)和后的航煤成品。主要技術(shù)參數(shù)如下：

容積：5m3

主要材質(zhì)：SS316

液位計(jì)：板式

2.2.6 控制單元

輸出信號(hào)/負(fù)載：4～20mA/0～500Ω

通訊方式：模擬直流信號(hào)

供電：24V DC

最大負(fù)載：5W

顯示：電導(dǎo)率溫度狀態(tài)

2.2.7 工藝流程

將常一線加氫組分、煤柴油加氫裂化組分、蠟油加氫裂化組分等按比例與抗氧劑混合均勻的航煤基礎(chǔ)油用計(jì)量泵從基礎(chǔ)航煤罐中打出，在經(jīng)航煤主管路時(shí)與抗靜電劑合并進(jìn)入快速混合器混勻后進(jìn)入收油罐，通過航煤基礎(chǔ)油管路上安裝的在線傳感器，將采集信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電導(dǎo)率值，根據(jù)航煤基礎(chǔ)油電導(dǎo)率的測(cè)定數(shù)值和溫度等參數(shù)補(bǔ)償機(jī)制和預(yù)置數(shù)學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)程序運(yùn)算并自動(dòng)發(fā)出指令實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)加劑泵到合適的數(shù)值，同時(shí)預(yù)置程序可根據(jù)進(jìn)入收油罐前反饋的調(diào)和航煤實(shí)際電導(dǎo)率值進(jìn)行后評(píng)估，自動(dòng)校正加劑泵的瞬時(shí)流速，從而實(shí)現(xiàn)航煤在線快速評(píng)價(jià)和抗靜電劑自動(dòng)添加。工藝流程見圖2。

圖2 工藝流程圖

2.2.8 系統(tǒng)控制原理

電導(dǎo)率儀測(cè)得信號(hào)實(shí)時(shí)上傳到處理器，經(jīng)控制單元執(zhí)行程序計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制加劑泵自動(dòng)加劑，作為溫度補(bǔ)償與測(cè)量反饋系統(tǒng)將整合為一體。系統(tǒng)控制原理圖見圖3。

圖3 系統(tǒng)控制原理圖

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

將航煤基礎(chǔ)油用計(jì)量泵從基礎(chǔ)航煤罐中打出，在經(jīng)航煤主管路時(shí)與流量調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)目轨o電劑混合并進(jìn)入混合器快速混勻進(jìn)入收油罐，通過航煤基礎(chǔ)油管路上安裝的在線傳感器采集信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電導(dǎo)率值，根據(jù)航煤基礎(chǔ)油電導(dǎo)率的測(cè)定數(shù)值和溫度等參數(shù)補(bǔ)償機(jī)制，建立抗靜電劑添加量的數(shù)學(xué)模型，通過預(yù)置計(jì)算機(jī)程序計(jì)算并調(diào)控加劑泵的流量，實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)航煤電導(dǎo)率與自動(dòng)加劑。通過預(yù)設(shè)成品航煤目標(biāo)電導(dǎo)率控制值，定時(shí)取樣并離線檢測(cè)成品航煤電導(dǎo)率值，與在線檢測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，研究在線檢測(cè)數(shù)據(jù)相較于傳統(tǒng)離線檢測(cè)方法的可靠性。

電導(dǎo)率與溫度關(guān)系根據(jù)ASTM D 2624按下式計(jì)算：

式中：t1，t2為溫度，℃

Kt1，Kt2為t1，t2溫度時(shí)的電導(dǎo)率，pS/m

n：溫度傳導(dǎo)系數(shù)，℃-1

通過公式可得：

取實(shí)驗(yàn)用航煤樣品，分別測(cè)定10℃和0℃時(shí)的電導(dǎo)率，即t1=10℃時(shí)，Kt1=148pS/m；t2=0℃時(shí)，Kt2=110pS/m。通過公式計(jì)算得溫度傳導(dǎo)系數(shù)n=0.013℃-1。

由此建立電導(dǎo)率與溫度關(guān)系模型，電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系如下圖：

圖4 電導(dǎo)率與溫度的關(guān)系

離線電導(dǎo)率采用《航空燃料與熘分燃料電導(dǎo)率測(cè)定法》（GB/T 6539）進(jìn)行測(cè)定；該標(biāo)準(zhǔn)等效采用美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 2624《航空燃料與餾分燃料電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》中的部分內(nèi)容。其原理是在浸沒于燃料內(nèi)兩個(gè)電極之間施加一個(gè)直流電壓，其間所產(chǎn)生的電流以電導(dǎo)率的數(shù)值來表示。為避免由于離了極化所引起的誤差，在施加電壓后，立即在瞬間測(cè)量電流。本標(biāo)準(zhǔn)可采用MAIHAK MLA型電導(dǎo)率測(cè)定儀或EMCEE 1152型電導(dǎo)率測(cè)定儀。本實(shí)驗(yàn)采用EMCEE 1152型電導(dǎo)率測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)前采用EMCEE1152型電導(dǎo)率測(cè)定儀校準(zhǔn)程序進(jìn)行校正。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行了連續(xù)在線檢測(cè)與加劑實(shí)驗(yàn)，在線檢測(cè)與離線檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 離線電導(dǎo)率與在線電導(dǎo)率測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比（單位：pS/M）

通過離線電導(dǎo)率與在線電導(dǎo)率測(cè)試數(shù)據(jù)比較可見，二者極差值均在2pS/m以內(nèi)，測(cè)量數(shù)據(jù)的重復(fù)性符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，與設(shè)定數(shù)值相差均不超過3pS/m，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過自動(dòng)加劑時(shí)在線檢測(cè)與離線檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比可見，在設(shè)定的航煤電導(dǎo)率國(guó)標(biāo)要求范圍內(nèi)，在線檢測(cè)自動(dòng)加劑與離線檢測(cè)航煤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)基本一致，航煤產(chǎn)品能夠滿足航煤生產(chǎn)工藝控制和航煤產(chǎn)品國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，本項(xiàng)目在航煤生產(chǎn)罐區(qū)工業(yè)化實(shí)施后將解決現(xiàn)有加劑工藝存在的加劑量控制困難、加劑調(diào)和周期長(zhǎng)及加劑浪費(fèi)問題。