范和武，石立杰

（1.海南煉化化工股份有限公司檢驗計量中心，海南儋州 578001；2.孚茂科技（北京）有限公司，北京 100071）

0 引言

《2019 年全球海運發(fā)展評述報告》研究顯示，近年來船用燃料油年消費量在2.8 億噸左右，其中高硫船用燃料油占比約70%，根據(jù)IMO（International Maritime Organization，國際海事組織）的限硫令規(guī)定，低硫船用燃料油的市場缺口高達(dá)2 億噸。盡管，隨著船用洗滌器的普及，未來高硫燃料油市場可能出現(xiàn)一定程度的回暖，但低硫燃料油仍會占據(jù)市場主導(dǎo)地位[1]。因此，低硫燃料油的生產(chǎn)研發(fā)不僅對全球環(huán)境有巨大貢獻(xiàn)，而且有助于緩解我國成品油產(chǎn)能過剩和低價競爭問題，搶占全球船用燃料油市場[2]。

海南煉化化工股份有限公司是以煉油化工為主營業(yè)務(wù)的生產(chǎn)企業(yè)，面對國際船用燃料油市場出現(xiàn)的新機遇，海南煉化積極響應(yīng)中石化集團關(guān)于全球低硫船用燃料油保障計劃的號召，全力推進(jìn)低硫船用燃料油的研發(fā)和生產(chǎn)，并于2020 年3 月成功生產(chǎn)研發(fā)出低硫船用燃料油。

船用燃料油為黑褐色、粘稠狀可燃液體，主要由石油裂化渣油和直餾渣油制成[3]。黏度是低硫船用燃料油最重要的檢測指標(biāo)之一，能夠反應(yīng)燃料油的易泵送性和易霧化性能。黏度不僅決定了燃料油的流動性，而且能決定油滴直徑的大小。在高溫缺氧的條件下，直徑過小或過大的油滴均會引起不完全燃燒，產(chǎn)生大量的殘?zhí)嘉镔|(zhì)[4]。另外，對于低硫調(diào)和油來說，將低硫輕質(zhì)燃油和高硫重質(zhì)燃油按規(guī)定的比例進(jìn)行混合[5]、調(diào)質(zhì)，黏度是其混合比例考慮的因素之一。因此，低硫船用燃料油的黏度檢測非常重要，是檢驗計量中心重要工作之一。

1 燃料油黏度檢測面臨的挑戰(zhàn)

目前關(guān)于船用燃料油黏度檢測的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，國際上有ASTM D445-19《透明和不透明液體運動黏度測定法及動力黏度計算法》，國內(nèi)有GB/T 265—1988《石油產(chǎn)品運動黏度測定法和動力黏度計算法》和GB/T 11137—1989《深色石油產(chǎn)品運動黏度測定法（逆流法）和動力黏度計算法》。因為船用燃料油是粘稠、常溫下呈半固體狀的物質(zhì)，日常黏度檢測工作中主要存在以下4個問題：

（1）樣品不均勻。即使同一樣品，連續(xù)進(jìn)樣進(jìn)行黏度檢測時所得檢測結(jié)果經(jīng)常相差較大、重復(fù)性差。

（2）操作繁瑣。ASTM D445-19 和GB/T 11137—1989 均要求將船用燃料油進(jìn)行60～65 ℃烘箱加熱1 h 的處理，不僅操作時間長，而且在高溫下開放性環(huán)境下輕組分更容易揮發(fā)，影響實驗室環(huán)境和檢測結(jié)果。

（3）船用燃料油不僅粘稠，而且含有固體雜質(zhì)，非常難于清洗。

（4）清洗溶劑是石油醚、甲苯類試劑，對人體、實驗室環(huán)境危害比較大。

2 解決方法

2.1 采用Duplo 黏度管

采用Duplo 黏度管有2 個檢測區(qū)域，且具有大致相同的黏度管常數(shù)，可以解決樣品不均一問題。在Duplo 模式下檢測時，樣品直接被吸到蓄樣池，黏度計同時檢測樣品從上傳感器到中傳感器C1 區(qū)域的時間以及中傳感器到下傳感器C2 區(qū)域的時間（圖1）。

圖1 Duplo 黏度管工作原理

然后，根據(jù)式（1）進(jìn)行計算：

式中 vt——運動黏度，mm2/s

C——黏度常數(shù)，mm2/s2

E——動能校正因子，mm2·s

t——試樣的流動時間，s

這樣，一次檢測得到2 個結(jié)果。針對不均勻樣品（如燃料油），可以有效改善因反復(fù)采而表現(xiàn)出重復(fù)精度和不確定度差的問題。

2.2 預(yù)加熱附件解決樣品前處理問題

預(yù)加熱附件為杯狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)行預(yù)加熱操作時樣品四周均勻受熱，會最大限度減少溫度差異的影響（圖2）。加熱模式為對當(dāng)前樣品加熱，雖然損失了一定的速度，但是避免了同時加熱多個樣品，因輕組分過度揮發(fā)而導(dǎo)致的樣品黏度增高、精度下降的問題。另外，加熱套筒直接安裝在封閉的自動進(jìn)樣器中，揮發(fā)的輕組分被直接抽到實驗室廢氣管道、統(tǒng)一處理，避免污染環(huán)境。

圖2 預(yù)加熱附件

2.3 使用獨立的清洗位

進(jìn)行樣品清洗時，黏度管下方離開檢測位，移到清洗位，黏度管內(nèi)部及外壁底端的清洗溶劑及殘油，流入廢液收集裝置，然后通過真空抽取，快速流入廢液桶。這樣設(shè)立獨立的檢測位和清洗位，可以避免廢液中的固體顆粒堵塞黏度管，以及對儀器內(nèi)部管路、閥門與電子元器件的傷害和污染，減少清洗溶液對環(huán)境及實驗室的影響。

3 實驗部分

3.1 儀器設(shè)備及化學(xué)試劑

（1）儀器設(shè)備。本實驗采用荷蘭Omnitek B.V.公司生產(chǎn)的U-Visc120 全自動黏度儀（2 臺），每臺設(shè)備包含1 個恒溫油浴、2根黏度管和雙溶劑清洗系統(tǒng)、帶預(yù)加熱功能的32 位自動進(jìn)樣系統(tǒng)。

（2）化學(xué)試劑：實驗用溶液有甲苯溶液和正庚烷，均為分析純級別；S600 黏度標(biāo)油的標(biāo)準(zhǔn)為，50 ℃時標(biāo)準(zhǔn)黏度值為292.5 mm2/s。

3.2 實驗步驟

3.2.1 全自動黏度儀標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測

將S600 黏度標(biāo)油放置于樣品杯中，U-Visc120 自動吸樣、熱平衡、檢測、清洗和干燥，所得的黏度值自動導(dǎo)入與儀器相連的計算機控制系統(tǒng)。

3.2.2 全自動黏度儀低硫船用燃料油RMG180 樣品檢測

將低硫船用燃料油RMG180 樣品放置到樣品杯中，在系統(tǒng)設(shè)定預(yù)加熱10 min，自動預(yù)加熱、吸樣、熱平衡、檢測、清洗和干燥，所得的黏度值自動導(dǎo)入與儀器相連的計算機控制系統(tǒng)。

3.2.3 手動黏度計低硫船用燃料油RMG180 樣品檢測

將樣品在60±2 ℃烘箱加熱1 h，用長玻璃棒攪拌，直至沒有沉淀物粘在棒上，然后蓋緊蓋子，劇烈搖動1 min，使其完全混合。根據(jù)樣品黏度，選擇43#1.5 mm 逆流黏度管和44#1.5 mm逆流黏度管（流動時間不小于200 s）。在恒溫浴缸恒溫，記錄樣品流動時間，清洗、干燥黏度管，最后根據(jù)公式計算樣品的運動黏度，并做好實驗數(shù)據(jù)的記錄。

3.3 結(jié)果與討論

3.3.1 全自動黏度儀標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測的重復(fù)性

同一操作人員，使用同一臺黏度計HNLH-0547-1，檢測同一批次的S600 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品在50 ℃下的運動黏度值，重復(fù)檢測6 次。同一臺設(shè)備2 根黏度管的3 組檢測數(shù)據(jù)見表1，平均黏度為293.3 mm2/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.150 6，RSD 為0.05%。根據(jù)ASTM D445-19 的要求，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的重復(fù)性應(yīng)控制在0.36%以內(nèi)，因此該檢測結(jié)果遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，表明儀器符合標(biāo)準(zhǔn)要求，測定方法重復(fù)性良好。

表1 S600 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)重復(fù)性檢測結(jié)果 mm2/s

3.3.2 全自動黏度儀低硫船用燃料油RMG180 樣品的重復(fù)性和再現(xiàn)性

用低硫船用燃料油RMG180 T3706、T3707 樣 品多次黏度測定結(jié)果，檢驗儀器的重復(fù)性、再現(xiàn)性。

同一操作人員，使用同一臺黏度計U-Visc120 HNLH-0547-1，檢測同一樣品RMG180T3706 在50 ℃下的運動黏度值，重復(fù)檢測6 次（表2）。6 次檢測的平均值為140.6 mm2/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.196 6，RSD 為0.14%。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法ASTM D445-19 中要求，船用燃料油在50 ℃下的重復(fù)性應(yīng)控制在2.44%以內(nèi)，此檢測結(jié)果遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求，表明儀器符合標(biāo)準(zhǔn)要求，測定船用燃料油方法重復(fù)性良好。

表2 重復(fù)性試驗結(jié)果 mm2/s

不同操作人員，使用兩臺同一型號黏度計HNLH-0547-1 和HNLH-0547-2，檢測同一樣品（燃料油RMG180 T3706）在50 ℃下的黏度，每個樣品重復(fù)檢測2 次所得的結(jié)果（表3）。4 次檢測的平均值為140.48 mm2/s，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.275 0，RSD 為0.196%。

表3 再現(xiàn)性試驗結(jié)果 mm2/s

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法ASTM D445-19 中要求，船用燃料油在50 ℃下的再現(xiàn)性應(yīng)控制在8.46%以內(nèi)。此檢測結(jié)果遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)ASTM D445-19 的要求，表明儀器符合標(biāo)準(zhǔn)要求，測定船用燃料油方法再現(xiàn)性良好。

3.3.3 全自動法與手動法測定結(jié)果的比較

分別用自動法和手動法對燃料油RMG180 T3706 樣品進(jìn)行測定，結(jié)果見表4。通過不同全自動法與手動法測定同一樣品，得到運動黏度測定結(jié)果無明顯差異，但是手動法測定花費時間多、一次成功率低，所以相應(yīng)使用樣品量大；而全自動法測定較手動法樣品所需量少、花費時間少、自動清潔，高效準(zhǔn)確。

表4 全自動法與手動法試驗比對結(jié)果

4 結(jié)論

使用帶有預(yù)加熱功能的Duplo 全自動運動黏度儀檢測低硫船用燃料油黏度，不僅能夠滿足線性標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且還會在一定程度上消除樣品誤差，因此檢測結(jié)果優(yōu)于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，它還具有操作簡單、快速的特點，減小對實驗室環(huán)境和操作人員的傷害，適合用于低硫船用燃料油出廠檢測，以及煉油裝置工藝中的混合原料、催化油漿、混合渣油、加裂尾油、尾油等樣品的黏度檢測。